滲透和擴散的區別

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介紹

蘇格蘭化學家托馬斯·格雷厄姆首次提出了對氣體分子擴散的系統研究。他在 1828 年至 1833 年期間對擴散做出了貢獻。他觀察到，當不同的氣體混合在一起時，氣體會出現擴散而不是根據其密度進行排列。因此，氣體之間會發生自發的相互混合。這種性質就是擴散。1848 年，托馬斯·格雷厄姆本人也發現了氣體的滲透特性。當氣體分子進入小孔時，無論其性質如何，都會發生氣體分子的逸出。然後，他制定了格雷厄姆滲透和擴散定律。

什麼是滲透和擴散？

當氣體分子遇到非常小的孔或區域時，其逸出或快速運動稱為滲透。因此，當一個帶有小孔的容器中引入某種氣體時，氣體分子將透過小孔擴散或逸出，並且分子質量小的氣體將比分子質量大的氣體先從孔中擴散或逸出。因此，格雷厄姆制定了一條與這種滲透相關的定律。被稱為格雷厄姆滲透定律，該定律指出滲透速率與分子質量成反比。

$$\mathrm{滲透速率\:\alpha\:\frac{1}{\sqrt{M}}}$$

氣體粒子從高濃度區域到低濃度區域的擴散稱為擴散。當氣體從容器中釋放出來時，它會擴散。這是由於容器和周圍環境之間的濃度差造成的。但是氣體粒子並不知道這種濃度差。這是因為當氣體粒子被束縛在特定的容器中時，它們處於非常擁擠的狀態，但是當出現開放的環境時，它們就會隨機擴散出去。因此，當容器中的分子看到開放的環境時，會迅速擴散出去。這種氣體粒子擴散的現象稱為擴散，它發生在從高濃度區域到低濃度區域。並且氣體的這種運動不需要任何介質來進行擴散。氣體分子擴散的速率取決於諸如濃度梯度以及可供它們擴散的表面積等因素。擴散過程也存在於其他狀態，例如液態，但在固態中較弱。

透過將滲透和擴散與氣體動力學理論聯絡起來，可以得出滲透和擴散的速率取決於它們運動速度的大小。連線這種關係的方程式為：

$$\mathrm{\frac{V_{rms},B}{V_{rms},A}\:=\:\sqrt{\frac{M_{A}}{M_{B}}}}$$

擴散和滲透的區別

儘管這兩個術語聽起來很相似，但它們是氣體分子的不同性質。擴散和滲透的主要區別在於，擴散一詞與氣體分子的濃度梯度相關，而滲透則與氣體分子在出現有小孔的區域時逸出相關。下表中考慮了這兩個答案之間的一些重要區別。

擴散	滲透
氣體分子從高濃度區域向低濃度區域移動。	這裡只有氣體分子透過小孔或孔的運動。
這種現象效率較低。	但這是一個有效的方法，因為它涉及一定量的壓力變化。
它發生在物質的其他狀態，如液體和固體。	這僅適用於氣體分子。
在氣體分子運動過程中，會發生一定量的碰撞。	分子之間沒有碰撞
這種現象的驅動力是濃度梯度。	由於濃度梯度產生的壓力變化是該過程的驅動力。
擴散過程是有限的，因為它取決於粒子的尺寸。	因為它涉及氣體分子之間的任何型別的碰撞，所以它不受任何限制。
擴散的一個例子是——花香是由於擴散過程造成的。	滲透的一個例子是輪胎被刺破時氣體分子從輪胎中逸出。

擴散和滲透的相似之處

由於這兩個術語都涉及氣體粒子，因此它們也有一些相似之處。以下幾點討論了擴散和擴散之間存在的一些相似之處。

• 這兩者都是與氣體分子相關的機制。

• 氣體分子的運動或流動是隨機的且持續的。

• 這兩種現象都涉及濃度梯度的使用。

• 這兩個過程都不需要能量。

• 擴散過程與滲透過程相關，因為它可能在滲透過程之後發生，即氣體的擴散可能在其從特定孔或小區域逸出後發生。

如何消除關於滲透和擴散的誤解？

與這些術語相關的一些誤解。特別是在擴散過程中，我們總是學習或研究擴散與濃度梯度相關或密切相關。因此，當特定氣體分子存在或允許擴散到沒有其他氣體分子的區域時，即使它達到低濃度和高濃度區域之間的平衡，也會發生氣體分子的擴散。也就是說，即使在低濃度和高濃度區域之間建立了平衡，擴散過程也不會停止，也就是說，即使沒有發現濃度梯度，它也會繼續進行。因此，擴散一詞並不嚴格地與濃度梯度相關，它發生在存在氣體分子的動態性質時。這就是為什麼水分子中也會發生自擴散的原因。它涉及水分子從一個地方到另一個地方的運動，即使沒有濃度梯度，也只有水分子存在。因此，與擴散過程相關的常見誤解是濃度梯度。

與滲透相關的另一個誤解是，孔或小孔對於滲透過程是必要的。但從另一方面來說，存在於特定物體中的氣體分子的壓力可能會產生孔或孔並導致滲透過程。這也會隨著溫度的升高而增加。氣體分子的一些內部壓力也與滲透過程相關。

結論

滲透和擴散是與氣體分子相關的兩個術語。擴散一詞也可能涉及液體，並擴充套件到固體粒子。滲透是氣體分子透過小孔或孔逸出的過程。而擴散是從低濃度區域到高濃度區域的氣體分子的擴散。儘管它們與氣體粒子密切相關，但它們也存在差異。這兩個術語之間最顯著的區別在於，擴散過程的驅動力是濃度梯度，而滲透過程的驅動力是壓力梯度。這兩個術語也密切相關。

常見問題

1. 溫度會影響擴散嗎？

擴散過程也與溫度有關。眾所周知，溫度升高會增加氣體分子的動能，從而增加擴散速率，因為分子可以透過獲得的更多動能更快地移動。

2. 熱量會擴散嗎？

熱量也可以在分子之間擴散或傳播。但是熱量擴散需要介質來傳播。處理氣體分子擴散速率的過程是熱擴散率。

3. 氣體能否在液體中擴散？

是的，氣體分子也可以在水中擴散。這個過程的一個重要例子是氧氣溶解在水中。

4. 滲透是否取決於溫度？

根據格雷厄姆定律，氣體分子的滲透速率與溫度的平方根成反比。也就是說，當我們提高溫度時，滲透速率會降低。

5. 為什麼液體比固體擴散得更快？

因為液體以這樣一種方式排列，即在兩個原子之間存在空間，但在固體中不存在這樣的空間。因此，液體中的粒子比固體粒子擴散得更快。因此，它們比固體擴散得更快。