擴(kuò)散

這是加納的卡庫(kù)姆國(guó)家公園，在復(fù)雜的熱帶雨林環(huán)境下，一些動(dòng)物通過(guò)擴(kuò)散的信息素進(jìn)行交流

這是水和硫酸銅溶液組成的體系，上層為水，下層小心的加注硫酸銅溶液。一開(kāi)始，他們是界限分明的。

一段時(shí)間后，我們觀察到了擴(kuò)散現(xiàn)象。

這是一杯奶蓋綠茶

一開(kāi)始，奶蓋和茶水是界限分明的，但是后來(lái)出現(xiàn)了擴(kuò)散現(xiàn)象。

“奶蓋”是一種類(lèi)似于奶油的流體，組成它的脂肪分子不能像硫酸銅的離子那樣與水混溶。你認(rèn)為擴(kuò)散現(xiàn)象在微粒之間存在嗎？

離子和分子的擴(kuò)散主要是分子熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的，而懸濁液/乳濁液的擴(kuò)散主要是由于布朗運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的。

分子熱運(yùn)動(dòng)

1738年Daniel Bernoulli發(fā)表了Hydrodynamica，為氣體動(dòng)力學(xué)理論奠定了基礎(chǔ)。在這項(xiàng)工作中，伯努利提出的論點(diǎn)，至今仍然基本適用——氣體由大量分子向各個(gè)方向移動(dòng)，它們對(duì)表面的作用就是我們感受到的氣體壓力；我們所經(jīng)歷的熱量是簡(jiǎn)單地說(shuō)就是他們運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。伯努利還推測(cè)溫度是分子動(dòng)能的表現(xiàn)，這與如今的氣體定律有一定相關(guān)性。

如今我們認(rèn)為，宏觀物質(zhì)由巨大數(shù)量的微觀粒子構(gòu)成，這些粒子每時(shí)每刻都進(jìn)行無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而且這與氣體的溫度相關(guān)，故稱(chēng)熱運(yùn)動(dòng)。

例如一摩爾物質(zhì)，所含的結(jié)構(gòu)粒子數(shù)目就有10^23量級(jí)。永恒運(yùn)動(dòng)是微觀粒子的固有本性。每個(gè)粒子都在運(yùn)動(dòng)著的復(fù)雜多變的其他粒子作用下運(yùn)動(dòng)，呈現(xiàn)出宏觀不可控制的瞬息萬(wàn)變的雜亂狀態(tài)。這勢(shì)必導(dǎo)致限定范圍內(nèi)（即該物體中）大量粒子頻繁碰撞。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，每立方厘米氣體，在一秒鐘內(nèi)，分子碰撞的次數(shù)為10^29量級(jí)。每次碰撞，粒子都改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而加劇了運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)性。

菲克定律

菲克第一定律

1855年法國(guó)生理學(xué)家菲克提出了描述擴(kuò)散規(guī)律的基本公式——菲克定律

菲克第一定律認(rèn)為在某一方向x擴(kuò)散的粒子流密度J與粒子數(shù)密度梯度dn/dx成正比

如果換成圖示的話。。。

菲克第二定律

?實(shí)際上，大多數(shù)重要的擴(kuò)散是非穩(wěn)態(tài)的，在擴(kuò)散過(guò)程中擴(kuò)散物質(zhì)的濃度隨時(shí)間而變化，即dc/dx≠0。為了研究這種情況，根據(jù)擴(kuò)散物質(zhì)的質(zhì)量平衡，在菲克第一定律的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了菲克第二定律，用以分析非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。在一維情況下，菲克第二定律的表達(dá)式為

式中： c為擴(kuò)散物質(zhì)的體積濃度（atoms/m3或kg/m3）； t為擴(kuò)散時(shí)間（s）； x為擴(kuò)散距離（m）。