渗透和扩散的区别

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介绍

苏格兰化学家托马斯·格雷厄姆首次提出了对气体分子扩散的系统研究。他在 1828 年至 1833 年期间对扩散做出了贡献。他观察到，当不同的气体混合在一起时，气体会出现扩散而不是根据其密度进行排列。因此，气体之间会发生自发的相互混合。这种性质就是扩散。1848 年，托马斯·格雷厄姆本人也发现了气体的渗透特性。当气体分子进入小孔时，无论其性质如何，都会发生气体分子的逸出。然后，他制定了格雷厄姆渗透和扩散定律。

什么是渗透和扩散？

当气体分子遇到非常小的孔或区域时，其逸出或快速运动称为渗透。因此，当一个带有小孔的容器中引入某种气体时，气体分子将通过小孔扩散或逸出，并且分子质量小的气体将比分子质量大的气体先从孔中扩散或逸出。因此，格雷厄姆制定了一条与这种渗透相关的定律。被称为格雷厄姆渗透定律，该定律指出渗透速率与分子质量成反比。

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

气体粒子从高浓度区域到低浓度区域的扩散称为扩散。当气体从容器中释放出来时，它会扩散。这是由于容器和周围环境之间的浓度差造成的。但是气体粒子并不知道这种浓度差。这是因为当气体粒子被束缚在特定的容器中时，它们处于非常拥挤的状态，但是当出现开放的环境时，它们就会随机扩散出去。因此，当容器中的分子看到开放的环境时，会迅速扩散出去。这种气体粒子扩散的现象称为扩散，它发生在从高浓度区域到低浓度区域。并且气体的这种运动不需要任何介质来进行扩散。气体分子扩散的速率取决于诸如浓度梯度以及可供它们扩散的表面积等因素。扩散过程也存在于其他状态，例如液态，但在固态中较弱。

通过将渗透和扩散与气体动力学理论联系起来，可以得出渗透和扩散的速率取决于它们运动速度的大小。连接这种关系的方程式为：

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

扩散和渗透的区别

尽管这两个术语听起来很相似，但它们是气体分子的不同性质。扩散和渗透的主要区别在于，扩散一词与气体分子的浓度梯度相关，而渗透则与气体分子在出现有小孔的区域时逸出相关。下表中考虑了这两个答案之间的一些重要区别。

扩散	渗透
气体分子从高浓度区域向低浓度区域移动。	这里只有气体分子通过小孔或孔的运动。
这种现象效率较低。	但这是一个有效的方法，因为它涉及一定量的压力变化。
它发生在物质的其他状态，如液体和固体。	这仅适用于气体分子。
在气体分子运动过程中，会发生一定量的碰撞。	分子之间没有碰撞
这种现象的驱动力是浓度梯度。	由于浓度梯度产生的压力变化是该过程的驱动力。
扩散过程是有限的，因为它取决于粒子的尺寸。	因为它涉及气体分子之间的任何类型的碰撞，所以它不受任何限制。
扩散的一个例子是——花香是由于扩散过程造成的。	渗透的一个例子是轮胎被刺破时气体分子从轮胎中逸出。

扩散和渗透的相似之处

由于这两个术语都涉及气体粒子，因此它们也有一些相似之处。以下几点讨论了扩散和扩散之间存在的一些相似之处。

• 这两者都是与气体分子相关的机制。

• 气体分子的运动或流动是随机的且持续的。

• 这两种现象都涉及浓度梯度的使用。

• 这两个过程都不需要能量。

• 扩散过程与渗透过程相关，因为它可能在渗透过程之后发生，即气体的扩散可能在其从特定孔或小区域逸出后发生。

如何消除关于渗透和扩散的误解？

与这些术语相关的一些误解。特别是在扩散过程中，我们总是学习或研究扩散与浓度梯度相关或密切相关。因此，当特定气体分子存在或允许扩散到没有其他气体分子的区域时，即使它达到低浓度和高浓度区域之间的平衡，也会发生气体分子的扩散。也就是说，即使在低浓度和高浓度区域之间建立了平衡，扩散过程也不会停止，也就是说，即使没有发现浓度梯度，它也会继续进行。因此，扩散一词并不严格地与浓度梯度相关，它发生在存在气体分子的动态性质时。这就是为什么水分子中也会发生自扩散的原因。它涉及水分子从一个地方到另一个地方的运动，即使没有浓度梯度，也只有水分子存在。因此，与扩散过程相关的常见误解是浓度梯度。

与渗透相关的另一个误解是，孔或小孔对于渗透过程是必要的。但从另一方面来说，存在于特定物体中的气体分子的压力可能会产生孔或孔并导致渗透过程。这也会随着温度的升高而增加。气体分子的一些内部压力也与渗透过程相关。

结论

渗透和扩散是与气体分子相关的两个术语。扩散一词也可能涉及液体，并扩展到固体粒子。渗透是气体分子通过小孔或孔逸出的过程。而扩散是从低浓度区域到高浓度区域的气体分子的扩散。尽管它们与气体粒子密切相关，但它们也存在差异。这两个术语之间最显著的区别在于，扩散过程的驱动力是浓度梯度，而渗透过程的驱动力是压力梯度。这两个术语也密切相关。

常见问题

1. 温度会影响扩散吗？

扩散过程也与温度有关。众所周知，温度升高会增加气体分子的动能，从而增加扩散速率，因为分子可以通过获得的更多动能更快地移动。

2. 热量会扩散吗？

热量也可以在分子之间扩散或传播。但是热量扩散需要介质来传播。处理气体分子扩散速率的过程是热扩散率。

3. 气体能否在液体中扩散？

是的，气体分子也可以在水中扩散。这个过程的一个重要例子是氧气溶解在水中。

4. 渗透是否取决于温度？

根据格雷厄姆定律，气体分子的渗透速率与温度的平方根成反比。也就是说，当我们提高温度时，渗透速率会降低。

5. 为什么液体比固体扩散得更快？

因为液体以这样一种方式排列，即在两个原子之间存在空间，但在固体中不存在这样的空间。因此，液体中的粒子比固体粒子扩散得更快。因此，它们比固体扩散得更快。