Kluczowa różnica między metodą Knudsena a dyfuzją molekularną polega na tym, że dyfuzja Knudsena obejmuje zderzenie cząsteczek gazu ze ściankami porów, podczas gdy dyfuzja molekularna obejmuje ruch cząsteczek z jednego układu do drugiego zgodnie z gradientem stężenia.
Dyfuzja odnosi się do ruchu cząsteczek (w szczególności cząsteczek gazu) w systemie. Proces ten można znaleźć w dwóch typach: dyfuzji Knudsena i dyfuzji molekularnej.
Co to jest dyfuzja Knudsena?
Dyfuzja Knudsena to dyfuzja, która występuje, gdy długość skali systemu jest porównywalna lub mniejsza niż średnia droga swobodnej zaangażowanej cząstki. Termin ten jest używany głównie w fizyce i chemii, a jego nazwa pochodzi od naukowca Martina Knudsena.
Rozważając ruch (a dokładniej dyfuzję) cząsteczek gazu przez bardzo małe pory kapilarne, jeśli średnia swobodna droga cząsteczek gazu dyfundującego jest większa niż średnica porów, oznacza to gęstość tego gazu jest bardzo niski, a cząsteczki gazu mają tendencję do kolizji ze ściankami porów w porównaniu do zderzeń między cząsteczkami. Proces ten nazywa się dyfuzją Knudsena lub przepływem Knudsena.
Rysunek 01: Cząsteczka w porach cylindra podczas dyfuzji Knudsena
Dodatkowo możemy zdefiniować liczbę Knudsena, która jest dobrą miarą względnego znaczenia dyfuzji Knudsena. Jeśli ta liczba jest większa niż 1, oznacza to, że dyfuzja Knudsena jest ważna dla tego systemu. Praktycznie liczba ta dotyczy tylko gazów. Dzieje się tak, ponieważ średnia swobodna droga cząsteczek w stanie ciekłym lub stałym jest bardzo mała.
Co to jest dyfuzja molekularna?
Dyfuzja to ruch cząsteczek z obszaru o wysokim stężeniu do niskiego stężenia poprzez gradient stężenia. Te ruchy występują w tym samym rozwiązaniu. Czynniki wpływające na gradient stężenia wpływają również na dyfuzję.
Ten ruch kończy się, gdy koncentracja dwóch regionów staje się równa w każdym punkcie. Oznacza to, że ruch ten występuje do momentu zaniku gradientu stężenia. Następnie cząsteczki rozprzestrzeniają się wszędzie wewnątrz roztworu.
Rysunek 02: Dyfuzja jonów między dwoma systemami
Szybkość ruchu cząsteczek przez dyfuzję jest funkcją temperatury, lepkości gazu (lub płynu) i wielkości cząstek. Zwykle dyfuzja molekularna opisuje przepływ netto cząsteczek z obszaru o wysokim stężeniu do niskiego stężenia. Rozważając dwa układy, A1 i A2, które mają tę samą temperaturę i są zdolne do wymiany molekuł między sobą, zmiana energii potencjalnej w każdym z tych układów może spowodować przepływ energii z jednego układu do drugiego (z A1 do A2 lub odwrotnie), ponieważ każdy system naturalnie preferuje stany o niskiej energii i wysokiej entropii. Stwarza to stan dyfuzji molekularnej.
Jaka jest różnica między metodą Knudsena a dyfuzją molekularną?
Istnieją dwa rodzaje dyfuzji: dyfuzja Knudsena i dyfuzja molekularna. Kluczowa różnica między metodą Knudsena a dyfuzją molekularną polega na tym, że dyfuzja Knudsena obejmuje zderzenie cząsteczek gazu ze ściankami porów, podczas gdy dyfuzja molekularna polega na przemieszczaniu się cząsteczek z jednego układu do drugiego zgodnie z gradientem stężeń.
Podsumowanie – Knudsen kontra dyfuzja molekularna
Istnieją dwa rodzaje dyfuzji: dyfuzja Knudsena i dyfuzja molekularna. Kluczowa różnica między metodą Knudsena a dyfuzją molekularną polega na tym, że dyfuzja Knudsena obejmuje zderzenie cząsteczek gazu ze ściankami porów, podczas gdy dyfuzja molekularna polega na przemieszczaniu się cząsteczek z jednego układu do drugiego zgodnie z gradientem stężeń.
