扩散系数计算

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1、7.2.2扩散系数 费克定律中的扩散系数Ｄ代表单位浓度梯度下的扩散通量，它表达某个组分在介质中扩散的快慢，是物质的一种传递性质。一、气体中的扩散系数气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为。通常对于二元气体Ａ、B的相互扩散，Ａ在B中的扩散系数和B在A中的扩散系数相等，因此可略去下标而用同一符号Ｄ表示，即。表７－１给出了某些二元气体在常压下（）的扩散系数。对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由富勒（Fuller）等提出的公式：（７－１９）式中，－Ａ、B二元气体的扩散系数，；－气体的总压

2、，；－气体的温度，Ｋ；、－组分Ａ、B的摩尔质量，；、－组分Ａ、B分子扩散体积，。一般有机化合物可按分子式由表７－２查相应的原子扩散体积加和得到，某些简单物质则在表７－２种直接列出。表7－１某些二元气体在常压下（）的扩散系数系统温度/K扩散系数/(10-5m2/s)系统温度/K扩散系数/(10-5m2/s)H2－空气2736.11甲醇－空气2731.32He－空气3177.56乙醇－空气2731.02O2－空气2731.78正丁醇－空气2730.703Cl2－空气2731.24苯－空气2980.96

3、2H2O－空气2732.20甲醇－空气2980.844 2982.56H2－CO2736.51 3323.05H2－CO22735.50NH3－空气2731.98H2－N22736.89CO2－空气2731.38 2947.63 2981.64H2－NH32987.83SO2－空气2931.22He－Ar2987.29 表７－２　原子扩散体积和分子扩散体积原子扩散体积v/(cm3/mol)分子扩散体积Σv/(cm3/mol)原子扩散体积v/(cm3/mol)分子扩散体积Σv/(cm3/mol)C1

4、5.9He2.67S22.9CO18.0H2.31Ne5.98 CO226.9O6.11Ar16.2 N2O35.9N4.54Kr24.5 NH320.7芳香族环-18.3Xe32.7 H2O13.1杂环-18.3H26.12 SF671.3F14.7D26.84 Cl238.4CL21.0N218.5 Br269.0Br21.9O216.3 SO241.8I29.8空气　　　　　19.7  注：已列出分子扩散体积的，以后者为准。 式７－１９的相对误差一般小于１０％。一、液体中的扩散系数由于液体中

5、的分子要比气体中的分子密集得多，因此也体的扩散系数要比气体的小得多，其量级为。表７－３给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。表７－３溶质在液体溶剂中的扩散系数（溶质浓度很低）溶质溶剂温度／K扩散系数/(10-9m2/s)溶质溶剂温度／K扩散系数/(10-9m2/s)NH3水2851.64乙酸水2981.26  2881.77丙酸水2981.01O2水2911.98HCl(9kmol/m3)水2833.30  2982.41(2.5kmol/m3) 2832.50CO2水2982.00苯甲酸水298

6、1.21H2水2984.80丙酮水2981.28甲醇水2881.26乙酸苯2982.09乙醇水2830.84尿素乙醇2850.54  2981.24水乙醇2981.13正丙醇水2880.87KCl水2981.87甲酸水2981.52KCl1,2－乙二醇2980.119乙酸水2830.769     对于很稀的非电解质溶液（溶质Ａ＋溶剂Ｂ），其扩散系数常用Wilke-Chang公式估算：　（７－２１）式中，－溶质Ａ在溶剂Ｂ中的扩散系数（也称无限稀释扩散系数），； 　－溶液的温度，Ｋ；　－溶剂Ｂ的粘度

7、，；－溶剂Ｂ的摩尔质量，；－溶剂的缔合参数，具体值为：水2.6；甲醇1.9；乙醇1.5；苯、乙醚等不缔合的溶剂为1.0；－溶质A在正常沸点下的分子体积，，由正常沸点下的液体密度来计算。若缺乏此密度数据，则可采用Tyn-Calus方法估算：，其中为物质的临界体积（属于基本物性），单位为，见表7－４。表７－４　常见物质的临界体积VC物质VC/(cm3/mol)物质VC/(cm3/mol)物质VC/(cm3/mol)甲烷CH499.2氯仿CHC13238.9氨NH372.5乙烷C2H6148.3甲醇CH

8、40118氮气N289.8丙烷C3H8203乙醇C2H60167.1一氧化氮NO57.7正丁烷C4H10255正丙醇C3H80219二氧化氮NO2167.8正己烷C6H14370异丙醇C3H80220氧化二氮N2O97.4乙烯C2H4130.4丙酮C3H60209二氧化硫S02122.2丙烯C3H6181甲乙酮C4H8O267三氧化硫SO3127.3氯乙烯C2H3C1169乙酸C2H4O171氯化氢HC180.9乙炔C2H2112.7乙酸乙酯C4H80286氢气H265.1笨C6H