扩散系数计算

1、7.2.2扩散系数夷克定律中的扩散系數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1通常对于二元气体 A、B的相互扩散，A在B中的扩敬系数和B在A中的扩散系數相等，因此可略去下标而 用同一符号D表示，即D'b = D&、= D。表7 1给出了某些二元气体在常压下(1.013x10P")的扩散系數。对于二元气体扩散系數的估算，通常用较简单的由富勒(Fdlur)等提出的公式：O.O1O1T175 I+ 阪叽(719)式中，D A、B二元气体的扩散系数，/S;P

2、 气体的总压，Pa ；了一气体的温度，K;Mg组分a、b的摩尔质量,kg/kniol ；'、一组分A、B分子扩散体积，cm'/mol o一般有机化合物可按分于式由表7 2查相应的原于扩散体积加和得到，某些简单物质 则在*7-2种直接列出。表71某些二元气体在常压下(1.013xl05Pa)的扩敬系数系统温廈/K扩散系數/(10-W/s)系统温度/K扩散系数/(10*5m2/s)H2空气2736.11甲醇一空气2731.32Hu空气3177.56乙醇一空气2731.02()2空气2731.78正丁醇一空气2730.703C12 空气2731.24萊一空气2980.962H2O空气

3、2732.20甲醇一空气2980.8442982.56h2-co2736.513323.05h-co22735.50NH；空气2731.98H2-N22736.89c(一空气2731.382947.632981.64h2-nh52987.83S()2 空气2931.22He Ar2987.29表7 2原于扩散体积和分于扩散体枳原子扩散体积 v/(cmVmol)分子扩散体积 Zv/( cmVmol)原于扩散体积 v/(cmVmoI)分于扩散体积 Zv/( cm Vmol)c15.9He2.67S22.9co18.0H2.31Xc5.98co226.9()6.11Ar16.2N2O35.9N4.5

4、4Kr24.5NHa20.7芳香族环-18.3Xc32.7h2o13.1杂环-18.3H.6.12SF$71.3F14.7d26.84Ch38.4CL21.01&5Br269.0Br21.9o.-163SO-41.8I29.8空气19.7注：巳列出分于扩歌体积的，以后者为准。式7-19的相对误差一般小于1 0 %。二、液体中的扩散系数由于液体中的分于要比气体中的分于密集得多，闵此也体的扩散系數要比气体的小得 多，其量级为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）溶质溶剂遇度/K扩散系數 /（10-W/s）溶质溶剂遇度/K扩散系數 /（

5、10-W/s）NH.2851.64乙酸水2981.262881.77丙酸水2981.0162911.98水2833.302982.41(2.5km<)l/ms)2832.50C（）22982.00苯甲験水2981.21H.2984.80丙餌水2981.28甲醇2881.26乙酸苯2982.09乙醇2830.84尿素乙醇2850.542981.24水乙醇2981.13正丙萼2880.87KC1水2981.87甲酸2981.52KCI1,2 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）,其扩散系数常用黃ilkoChang公式估算:卩匕nr / 5（

6、7-2 1 ）式中，D八B_溶质A在溶剂B中的扩散系数（也称无限稀释扩散系數），/$;T 溶液的温K;P 溶剂B的粘度，Pas；"一溶剂B的.摩尔质量,kg/ kmol ；"一溶剂的缔合参数，具体值为：水2.6；甲醇19;乙醇1.5;茨、乙瞇等不缔合的溶剂1.0;人一溶质A在正常沸点下的分于体积，cm3/mol ,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：V = °*285,其中以为物质的临界体积（禺于基本物性），单位为cm'/mol、见表74。表7 4 常见物质的临界体积Vc物Vr/(cmVmoI)物Vr/(c

7、mVmoI)物质Vf /(emV mol)甲烷ch499.2氯仿CHCI3238.9氨NH；72.5乙烧c>h6148.3甲醇ch4o118氮气289.8丙烷c5h«203乙醇c2h60167.1一氧化氮NO57.7正丁烷CM。255正丙醇C；H“0219二氧化氮NO?167.8正己烷cah14370异丙醇C；H/）220氧化二氮n2o97.4乙烯C>H.130.4丙酮c3h60209二氧化硫S02122.2丙烯CH181甲乙酮QHQ267三氧化硫SO3127.3氯乙烯C2H3C1169乙酸C2H4O171氯化氢HC180.9乙块C2H2112.7乙酸乙酯C4Hh0286

8、氫气h265.1笨c6h6259氮C14123.8硫化氢H2S98.6甲萊CH316澳Br,127.2一氧化碳co93.2氮苯c6h5ci308碘I,155二氧化碳C（）293.9环己烷c6hi2308氧气0273.4二硫化碳cs2160四氧化碳ecu275.9臭氧058&9水h2o57.1从（7-2 1）可见，溶质A在溶剂B中的扩散系数与溶质B在溶质A中的扩敬 系敎不相等，这一点与气体扩散系數的特性明显不同，需引起注意。对给定的系统，可由温度71下的扩散系数D推算A下的（要求久和相差不大）, 如下：2胡（絆）人山（7-2 2）三、生物物质的扩散系数 表7-5给出了一些生物溶质在水溶液

9、中的扩散系數。<7-5生物溶质在水溶液中的扩散系数溶质温度/七扩散系数（m2/s）摩尔质量/（kg/kmol）尿素201 20XW960.1251.348XW9甘油200.825 XI 0为92.1甘氨酸251.055X10”75.1辛酸钠258.75 XW10166.2牛血淸清餐白256.81 XWU67500尿素降254.01 XWn4827002<3.46X10小大豆蚕白202.91 XWn361800脂（肪）氧合酶205.29X10"97400人血纤维墓白原201.98X10-u339700人血清清蚕白205.93X10"72300、/-球餐白（人）20

10、4.00X10-11153100肌酸軒371.08 XI O'9113.1蔗糖370.697 XI0-9342.3200.460 XW9对于水溶液中生物溶质扩散系数的佶算，当溶质相对于分子质量小于1000或其分于体 枳小于500 cm-/mol时，可用式（7-2 1 ）;否则,宜用式（7-2 3） （Polson方法）， _9.40x10,5T犷 MW.J"品 Is （7-2 3）其中，"一雌的粘度,Pas ；叽生物溶质的摩尔质量。四、四、同体中的扩散系數裘7 6给出了某些物质在冏体中的扩散系數。对于气体在周体中的扩散，一般是用渗 透率Ew （permeabilit

11、y）来代替扩敬系数D,两者间的关系为P =（7 2 4 ）其中，S为气体溶质A在同相中的溶解度，S=c,J叫,单位为亦溶质（标准状态）/（亦 同体.alm） ©丧76固体中的扩散系數和渗透率溶质A冏体BT/KDAB/(m7s)溶解度s渗透率PJh2硫化橡胶2980.85 X IO'90.0400.32 X W1062980.21 X 10的0.0700.152XW102980.15X10-90.0350.054 XW10co2硫化氯丁橡胶2900.1 IX IO'90.901.01 XW103000.180X10-"0.051H>聚乙烯2986.53 XW12（）23034.17 XW12N23031.52XW126