Толковый словарь Ефремовой:
диффузия ж.
1. Взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения молекул и атомов.
2. Взаимопроникновение, взаимообмен чем-либо.
Толковый словарь Ушакова:
ДИФФУ́ЗИЯ, см. дифузия.
Большой энциклопедический словарь:
ДИФФУЗИЯ (от лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание) — движение частиц среды, приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций или к установлению равновесного распределения концентраций частиц данного сорта в среде. В отсутствие макроскопического движения среды (напр., конвекции) диффузия молекул (атомов) определяется их тепловым движением (т. н. молекулярная диффузия). В неоднородной системе (газ, жидкость) при молекулярной диффузии в отсутствие внешних воздействий диффузионный поток (поток массы) пропорционален градиенту его концентрации. Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом диффузии. В физике, кроме диффузии молекул (атомов) — рассматривают диффузию электронов проводимости, дырок, нейтронов и других частиц.
Большая советская энциклопедия:
I
Диффузия (от лат. diffusio — распространение, растекание)
взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц вещества. Д. происходит в направлении падения концентрации вещества и ведёт к равномерному распределению вещества по всему занимаемому им объёму (к выравниванию химического потенциала (См. Химический потенциал) вещества).
Д. имеет место в газах, жидкостях и твёрдых телах, причём диффундировать могут как находящиеся в них частицы посторонних веществ, так и собственные частицы (Самодиффузия).
Д. крупных частиц, взвешенных в газе или жидкости (например, частиц Дыма или Суспензии), осуществляется благодаря их броуновскому движению (См. Броуновское движение). В дальнейшем, если специально не оговорено, имеется в виду молекулярная Д.
Наиболее быстро Д. происходит в газах, медленнее в жидкостях, ещё медленнее в твёрдых телах, что обусловлено характером теплового движения частиц в этих средах. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, т.к. при столкновениях частицы меняют направление и скорость своего движения. Неупорядоченность движения приводит к тому, что каждая частица постепенно удаляется от места, где она находилась, причём её смещение по прямой гораздо меньше пути, пройденного по ломаной линии. Поэтому диффузионное проникновение значительно медленнее свободного движения (скорость диффузионного распространения запахов, например, много меньше скорости молекул). Смещение частицы меняется со временем случайным образом, но средний квадрат его `L2 за большое число столкновений растёт пропорционально времени t. Коэффициент пропорциональности D в соотношении: `L2 ~ Dt называется коэффициентом Д. Это соотношение, полученное А. Эйнштейном, справедливо для любых процессов Д. Для простейшего случая самодиффузии в газе коэффициент Д. может быть определён из соотношения D ~`L2/t, применённого к средней длине свободного пробега (См. Длина свободного пробега) молекулы `l. Для газа `l =`с, где `с — средняя скорость движения частиц, — среднее время между столкновениями. Т. о., D ~ `l2/ ~ `l`c (более точно D = 1/3 `l`c). Коэффициент Д. обратно пропорционален давлению p газа (т.к. `l ~ 1/p); с ростом температуры Т (при постоянном объёме) Д. увеличивается пропорционально Т1/2 (т.к. `с ~ Т). С увеличением молекулярной массы коэффициент Д. уменьшается.
В жидкостях, в соответствии с характером теплового движения молекул, Д. осуществляется перескоками молекул из одного временного положения равновесия в другое. Каждый скачок происходит при сообщении молекуле энергии, достаточной для разрыва её связей с соседними молекулами и перехода в окружение др. молекул (в новое энергетически выгодное положение). В среднем скачок не превышает межмолекулярного расстояния. Диффузионное движение частиц в жидкости можно рассматривать как движение с трением, к нему применимо второе соотношение Эйнштейна: D ~ ukT. Здесь k — Больцмана постоянная, u — подвижность диффундирующих частиц, т. е. коэффициент пропорциональности между скоростью частицы с и движущей силой F при стационарном движении с трением (с = uF). Если частицы сферически симметричны, то u = 1/6r, где — коэффициент вязкости жидкости, r — радиус частицы (см. Стокса закон).
Коэффициент Д. в жидкости увеличивается с температурой, что обусловлено «разрыхлением» структуры жидкости при нагреве и соответствующим увеличением числа перескоков в единицу времени.
В твёрдом теле могут действовать несколько механизмов Д.: обмен местами атомов с Вакансиями (незанятыми узлами кристаллической решётки), перемещение атомов по междоузлиям, одновременное циклическое перемещение нескольких атомов, прямой обмен местами двух соседних атомов и т.д. Первый механизм преобладает, например, при образовании твёрдых растворов (См. Твёрдые растворы) замещения, второй — твёрдых растворов внедрения.
Коэффициент Д. в твёрдых телах крайне чувствителен к дефектам кристаллической решётки, возникшим при нагреве, напряжениях, деформациях и др. воздействиях. Увеличение числа дефектов (главном образом вакансий) облегчает перемещение атомов в твёрдом теле и приводит к росту коэффициента Д. Для коэффициента Д. в твёрдых телах характерна резкая (экспоненциальная) зависимость от температуры. Так, коэффициент Д. цинка в медь при повышении температуры от 20 до 300°С возрастает в 1014 раз.
Значение коэффициента диффузии (при атмосферном давлении)
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Диффундирующее вещество | Основной | Температура, °С | Коэффициент |
| | компонент | | диффузии, м2/сек |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Водород (газ) | Кислород (газ) | 0 | 0,70·10-4 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Пары воды | Воздух | 0 | 0,23·10-4 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Пары этилового спирта | Воздух | 0 | 0,10·10-4 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Соль (NaCI) | Вода | 20 | 1,1·10-9 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Сахар | Вода | 20 | 0,3·10-9 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Золото (тв.) | Свинец (тв.) | 20 | 4·10-14 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Самодиффузия | Свинец | 285 | 7·10-15 |
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Для большинства научных и практических задач существенно не диффузионное движение отдельных частиц, а происходящее от него выравнивание концентрации вещества в первоначально неоднородной среде. Из мест с высокой концентрацией уходит больше частиц, чем из мест с низкой концентрацией. Через единичную площадку в неоднородной среде проходит за единицу времени безвозвратный поток вещества в сторону меньшей концентрации — диффузионный поток j. Он равен разности между числами частиц, пересекающих площадку в том и др. направлениях, и потому пропорционален градиенту концентрации С (уменьшению концентрации С на единицу длины). Эта зависимость выражается законом Фика (1855):
j = -DC.
Единицами потока j в Международной системе единиц (См. Международная система единиц) являются 1/м2·сек или кг/м2·сек, градиента концентрации — 1/м4 или кг/м4, откуда единицей коэффициента Д. является м2/сек. Математически закон Фика аналогичен уравнению теплопроводности (См. Теплопроводность) Фурье. В основе этих явлений лежит единый механизм молекулярного переноса: в 1-м случае переноса массы, во 2-м — энергии (см. Переноса явления).
Д. возникает не только при наличии в среде градиента концентрации (или химического потенциала). Под действием внешнего электрического поля происходит Д. заряженных частиц (электродиффузия), действие поля тяжести или давления вызывает бародиффузию, в неравномерно нагретой среде возникает Термодиффузия.
Все экспериментальные методы определения коэффициента Д. содержат два основных момента: приведение в контакт диффундирующих веществ и анализ состава веществ, изменённого Д. Состав (концентрацию продиффундировавшего вещества) определяют химически, оптически (по изменению показателя преломления или поглощения света), масс-спектроскопически, методом меченых атомов (См. Меченые атомы) и др.
Д. играет важную роль в химической кинетике и технологии. При протекании химической реакции на поверхности катализатора или одного из реагирующих веществ (например, горении угля) Д. может определять скорость подвода др. реагирующих веществ и отвода продуктов реакции, т. е. являться определяющим (лимитирующим) процессом.
Для испарения (См. Испарение) и конденсации (См. Конденсация), растворения кристаллов и кристаллизации (См. Кристаллизация) определяющей оказывается обычно Д. Процесс Д. газов через пористые перегородки или в струю пара используется для изотопов разделения (См. Изотопов разделение). Д. лежит в основе многочисленных технологических процессов — адсорбции (См. Адсорбция), цементации (См. Цементация) и др. (см. Диффузионные процессы); широко применяются Диффузионная сварка, Диффузионная металлизация.
В жидких растворах Д. молекул растворителя через полупроницаемые перегородки (мембраны) приводит к возникновению осмотического давления (см. Осмос), что используется в физико-химическом методе разделения веществ — Диализе.
Д. А. Франк-Каменецкий.
Д. в биологических системах. Д. играет важную роль в процессах жизнедеятельности клеток и тканей животных и растений (например, Д. кислорода из лёгких в кровь и из крови в ткани, всасывание продуктов пищеварения из кишечника, поглощение элементов минерального питания клетками корневых волосков, Д. ионов при генерировании биоэлектрических импульсов нервными и мышечными клетками). Различная скорость Д. ионов через клеточные мембраны — один из физических факторов, влияющих на избирательное накопление элементов в клетках организма. Проникновение растворённого вещества в клетку может быть выражено законом Фика, в котором значение коэффициента Д. заменено коэффициентом проницаемости мембраны, а градиент концентрации — разностью концентраций вещества по обе стороны мембраны. Диффузионное проникновение в клетку газов и воды (см. Осмос) также описывается законом Фика; при этом значения разности концентраций заменяются значениями разности давлений газов и осмотических давлений внутри и вне клетки.
Различают простую Д. — свободное перемещение молекул и ионов в направлении градиента их химического (электрохимического) потенциала (так могут перемещаться лишь вещества с малыми размерами молекул, например вода, метиловый спирт); ограниченную Д., когда мембрана клетки заряжена и ограничивает Д. заряженных частиц даже малого размера (например, слабое проникновение в клетку анионов); облегчённую Д. — перенос молекул и ионов, самостоятельно не проникающих или очень слабо проникающих через мембрану, др. молекулами («переносчиками»); так, по-видимому, проникают в клетку сахара и аминокислоты. Через мембрану, вероятно, могут диффундировать и переносчик, и комплекс переносчика с веществом. Перенос вещества, определяемый градиентом концентрации переносчика, называется обменной Д.; такая Д. отчётливо проявляется в экспериментах с изотопными индикаторами. Различную концентрацию веществ в клетке и окружающей её среде нельзя объяснить только Д. их через мембраны за счёт имеющихся электрохимических и осмотических градиентов. На распределение ионов влияют также процессы, которые могут вызывать перераспределение веществ против их электрохимического градиента с затратой энергии, — так называемый Активный транспорт ионов.
Л. Н. Воробьёв, И. А. Воробьёва.
Лит.: Френкель Я. И., Собр. избр. трудов, т. 3 — Кинетическая теория жидкостей, М. — Л., 1959; Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р., Молекулярная теория газов и жидкостей, пер. с англ., М., 1961; Шьюмон П., Диффузия в твердых телах, пер. с англ., М., 1966; Франк-Каменецкий Д. А., Диффузия и теплопередача в химической кинетике, 2 изд., М., 1967; Булл Г., Физическая биохимия, пер. с англ., М., 1949; Руководство по цитологии, т. 1, М. — Л., 1965; Ходоров Б. И., Проблема возбудимости, Л., 1969.
II
Диффузия
нейтронов, распространение нейтронов в веществе, сопровождающееся многократным изменением направления и скорости движения в результате их столкновений с атомными ядрами. Д. нейтронов аналогична Д. в газах и подчиняется тем же закономерностям (см. Диффузия). Быстрые нейтроны, т. е. нейтроны с энергией, во много раз большей, чем средняя энергия теплового движения частиц среды, при Д. отдают энергию среде и замедляются. В слабо поглощающих средах нейтроны приходят в тепловое равновесие со средой (тепловые нейтроны). В неограниченной среде тепловой нейтрон диффундирует до тех пор, пока не поглотится одним из атомных ядер. Д. тепловых нейтронов характеризуется коэффициентом диффузии D и средним квадратом расстояния от точки образования теплового нейтрона до точки его поглощения, равным L2T = 6Dt, где t — среднее время жизни теплового нейтрона в среде.
Для характеристики Д. быстрых нейтронов употребляют средний квадрат расстояния L2Б между точкой образования быстрого нейтрона (в ядерной реакции, например реакции деления) и точкой его замедления до тепловой энергии. В табл. приведены для некоторых сред значения L2T для тепловых нейтронов и L2Б для нейтронов, испускаемых при делении урана.
Значения L2T и L2Б для некоторых веществ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Вещество | L2T, см2 | L2Б, см2 | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Вода Н2О ……... | 44 | 186 | 15 |
| Тяжёлая вода | 1,5·105 | 750 | 390 |
| D20 …………. | 2600 | 516 | 56 |
| Берилий Be …... | 20000 | 1880 | 150 |
| Графит С ……… | | | |
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
При Д. в ограниченной среде нейтрон с большой вероятностью вылетает за её пределы, если полуразмер (радиус) системы мал по сравнению с величиной
напротив, нейтрон с большой вероятностью поглотится в среде, если её радиус велик по сравнению с этой величиной.
Д. нейтронов играет существенную роль в работе ядерных реакторов (См. Ядерный реактор). В связи с этим разработка ядерных реакторов сопровождалась интенсивным развитием теории Д. нейтронов и методов её экспериментального изучения.
Лит.: Бекурц К., Виртц К., Нейтронная физика, пер. с англ., М., 1968.
Словарь по культурологии:
Культурная взаимное проникновение культурных черт и комплексов из одного общества в другое при их соприкосновении.
Малый академический словарь:
диффузия
-и, ж. физ.
Взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового перемещения частиц вещества.
Диффузия газов. Диффузия жидкостей.
[От лат. diffusio — распространение, растекание]
Микробиология. Словарь терминов:
1) проникновение молекул одного вещества (газа, жидкости, твердого тела) в другое при их непосредственном соприкосновении или через пористую перегородку. Обусловлено тепловым движением молекул; 2) способ транспорта веществ в клетку, при котором наблюдается пассивное проникновение соединения в клетку (простая Д.) или проникновение вещества в клетку по градиенту концентрации с участием субстратспецифичной пермеазы (облегченная Д.). В отличие от активного транспорта облегченная Д. не требует затраты АТФ.
Горная энциклопедия:
(от лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание * a. diffusion; н. Diffusion; ф. diffusion; и. difusion) — перенос вещества, обусловленный выравниванием его концентрации в первоначально неоднородной системе. Д. — одна из стадий многочисл. технол. процессов (адсорбции, сушки, экстрагирования и др.). Д. имеет место в газах, жидкостях и твёрдых телах. Механизм Д. в этих веществах существенно различен. Д. происходит вследствие теплового движения атомов, молекул (т.н. молекулярная Д.) или более крупных частиц вещества. Диффундировать могут как частицы посторонних веществ (примесей), неравномерно распределённых в к.-л. среде, так и частицы самого вещества среды. В последнем случае процесс сводится к направленному движению частиц вследствие хаотич. теплового движения и наз. самодиффузией. Д. может возникать также при наличии градиента темп-ры в объёме тела (термодиффузия), градиента давления или под действием гравитац. поля (бародиффузия). Воздействие внеш. электрич. поля вызывает перенос заряженных частиц (электродиффузию). В движущейся среде может возникать конвективная Д., при вихревом движении газа или жидкости- турбулентная Д.
Д. имеет особое значение в шахтах, где она способствует равномерному распределению вредных газов в атмосфере горн. выработок, предупреждению их опасных скоплений. В неподвижном воздухе имеет место собственно молекулярная Д. (в непроветриваемых выработках и выработанном пространстве, при нарушении вентиляции); в ламинарном воздушном потоке она совмещается с конвективным переносом. Интенсивность молекулярной Д. в шахтах обычно ниже скорости газовыделения в выработке, что при отсутствии др. видов газопереноса (кроме молекулярного) приводит к образованию скоплений газов у мест их выделения. Коэфф. молекулярной Д. Dm не зависит от направления Д. (зависит от свойств диффундирующих газов). Для Д. метана в воздухе Dm=0,196 см2/с, углекислого газа — 0,142 с м2/с.
Перенос вещества при турбулентной (вихревой) Д. осуществляется в результате хаотич. движения вихрей разл. размера. Интенсивность этого вида Д. в шахтах в сотни раз больше молекулярной. Турбулентная Д. всегда проявляется совместно с молекулярной, а в проветриваемых выработках также и с конвективным переносом. Турбулентная Д. — осн. фактор выравнивания концентрации выделяющегося газа в поперечном сечении выработки. Высокая её интенсивность — необходимое условие создания безопасных аэрологии, условий в шахтах; обеспечивается турбулентным режимом движения воздуха в выработках, ограничением миним. скорости его движения. Интенсивность турбулентной Д. может снижаться при выделении в выработку активных газов, в результате чего возможно образование слоевых Местных скоплений газов у кровли и почвы. Коэфф. турбулентной Д. зависит от направления Д., интенсивности турбулентности, числа Ричардсона. Значения (поперечного) DT от неск. единиц до 100 см2/с.
Правилами безопасности в негазовых шахтах разрешается проветривание тупиковых выработок дл. до 10 м только за счёт Д. газов.
Литература: Ушаков К. З., Газовая динамика шахт, М., 1984.
К. З. Ушаков.
Орфографический словарь Лопатина:
орф.
диффузия, -и
Толковый словарь Ожегова:
ДИФФУЗИЯ, и, ж. (спец.). Взаимное проникновение частиц одного вещества в другое при их соприкосновении. Д. газов.
| прил. диффузионный, ая, ое.
Физический энциклопедический словарь:
(от лат. diffusio — распространение, растекание), взаимное проникновение соприкасающихся в-в друг в друга вследствие теплового движения ч-ц в-ва. Д. происходит в направлении уменьшения концентрации в-ва и ведёт к его равномерному распределению по занимаемому объёму (к выравниванию хим. потенциала). Д. имеет место в газах, жидкостях и тв. телах, причём диффундировать могут как находящиеся в них ч-цы посторонних в-в, так и собственные ч-цы (самодиффузия). Д. крупных ч-ц, взвешенных в газе или жидкости (напр., ч-ц дыма или суспензии), осуществляется благодаря их броуновскому движению. Ниже в статье рассматривается Д. молекул (или атомов).
Наиболее быстро Д. происходит в газах, медленнее — в жидкостях, ещё медленнее — в тв. телах, что обусловлено характером теплового движения ч-ц в этих средах. Траектория движения каждой ч-цы газа представляет собой ломаную линию, т. к. при столкновениях она меняет направление и скорость движения. Поэтому диффузионное проникновение значительно медленнее свободного движения. Смещение ч-цы L меняется со временем случайным образом, но ср. квадрат его L2 за большое число столкновений растёт пропорционально времени С L2 = Dt; коэфф. пропорциональности D наз. коэфф. Д. Это соотношение, полученное А. Эйнштейном, справедливо для любых процессов Д. Для простейшего случая самодиффузии в газах коэфф. Д. может быть определён, если за ср. смещение принять ср. длину свободного пробега молекулы l. Для газа l=ct, где с — ср. скорость движения ч-ц, t — ср. время между столкновениями. Т. о., D=l2/t =lс (более точно D=1/3lc). Коэфф. Д. обратно пропорционален давлению р газа (т. к. l = 1/р); с ростом темп-ры Т (при пост. объёме) коэфф. D увеличивается пропорционально Г1/2, т. к. с = ?T. С увеличением мол. массы D уменьшается.
В жидкостях, в соответствии с характером теплового движения молекул, Д. осуществляется перескоками молекул из одного устойчивого положения в другое. Каждый скачок происходит при сообщении молекуле энергии, достаточной для разрыва её связей с соседними молекулами и перехода в окружение др. молекул (в новое энергетически выгодное положение). Ср. перемещение при таком скачке не превышает меж-мол. расстояния. Диффузионное движение ч-ц в жидкости можно рассматривать как движение с трением, к нему применимо второе соотношение Эйнштейна: D = ukT. Здесь u — подвижность диффундирующих ч-ц, т. е. коэфф. пропорциональности между скоростью ч-цы с и движущей силой F при стационарном движении с трением (с=uF). Если ч-цы сферически симметричны, то u=1/6phr, где h — коэфф. вязкости жидкости, r — радиус ч-цы (см. СТОКСА ЗАКОН). В жидкости увеличение коэфф. Д. с ростом темп-ры обусловлено «разрыхлением» её структуры при нагреве и соответствующим увеличением числа перескоков в единицу времени.
В твёрдом теле могут действовать неск. механизмов Д.: обмен местами атомов с вакансиями (незанятыми узлами крист. решётки), перемещение атомов по междоузлиям, одноврем. циклич. перемещение неск. атомов, прямой обмен местами двух соседних атомов и т. д. Первый механизм преобладает, напр., при образовании тв. растворов замещения, второй — тв. растворов внедрения.
Коэфф. Д. в тв. телах крайне чувствителен к дефектам крист. решётки, возникшим при нагреве, напряжениях, деформациях и др. воздействиях. Увеличение числа дефектов (гл. обр. вакансий) облегчает перемещение атомов в тв. теле и приводит к росту Д. В тв. телах характерна резкая (экспоненциальная) зависимость D от Т. Так, коэфф. Д. цинка в медь при повышении Т от 20°С до 300°С возрастает в 1014 раз.
ЗНАЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ (при атм. давлении)
Для большинства науч. и практич. задач существенно не диффузионное движение отд. ч-ц, а обусловленное им выравнивание концентрации в-ва в первоначально неоднородной среде. Из областей высокой концентрации уходит больше ч-ц, чем из областей низкой концентрации. Через единичную площадку в неоднородной среде проходит за единицу времени безвозвратный поток в-ва в сторону меньшей концентрации — диффузионный поток j. Он равен разности между числами ч-ц, пересекающих площадку в том и др. направлениях, и потому пропорционален градиенту концентрации ?С (уменьшению концентрации С на единицу длины). Эта зависимость выражается законом Ф и к а (1855): j =-D?С. Математически закон Фика аналогичен ур-нию теплопроводности Фурье. В основе этих явлений лежит единый механизм мол. переноса: в законе Фика — перенос массы, в ур-нии теплопроводности — энергии (см. ПЕРЕНОСА ЯВЛЕНИЯ).
Д. возникает не только при наличии в среде градиента концентрации (хим. потенциала). Под действием внешнего электрического поля происходит Д. заряженных ч-ц (электродиффузия), действие поля тяжести или давления вызывает бародиффузию, в неравномерно нагретой среде возникает термодиффузия.
Все эксперим. методы определения Д. требуют приведения в контакт диффундирующих в-в и анализа их состава, изменённого в процессе Д. Анализ состава производят химическими, оптическими (по изменению показателя преломления или поглощения света), масс-спектроскопическими методами, с помощью меченых атомов и т. д.
Д. важна в хим. кинетике и технологии. При протекании хим. реакции на поверхности катализатора или одного из реагирующих в-в (напр., горении угля) Д. может определять скорость подвода др. реагирующих в-в и отвода продуктов реакции, т. е. являться определяющим (лимитирующим) процессом.
Для процессов испарения и конденсации, растворения кристаллов и кристаллизации Д. оказывается обычно определяющей. Д. газов через пористые перегородки или в струю пара используется для изотопов разделения.
В жидких р-рах Д. молекул растворителя через полупроницаемые перегородки (мембраны) приводит к возникновению осмотич. давления (см. ОСМОС), что используется для разделения в-в. Д. лежит в основе мн. технологич. и биологич. процессов.
© «СловоТолк.Ру» — толковые и энциклопедические словари, 2007-2025