Сегодня в научной литературе можно найти аналитические уравнения для жидкостей, полимеров, металлов, газов, с помощью которых с достаточной точностью априори можно проводить расчеты коэффициентов диффузии.

Исследования в этом направлении могут быть использованы в качестве молекулярного «щупа», с помощью которого можно получать информацию о структурно-морфологических особенностях строения диффузионных сред и диффундирующих частиц. Так, изучая коэффициенты диффузии инертных газов в жидкостях и полимерах, удается рассчитать кривые распределения вакансий по размерам, используя данные о влиянии на коэффициенты диффузии степени кристалличности, а также аналитические соотношения, следующие из теории свободного объема, можно определить объемную долю кристаллической фазы, плотность аморфного вещества, его дефектность. Пока еще не совсем громко говорят о возможностях использования теории свободного объема для расчетов концентрационной зависимости коэффициентов самодиффузии, тем не менее она открывает необычайно широкие возможности в предсказании тех или иных типов зависимостей на основании простейших аддитивных моделей. Так, если предположить, что доля свободного объема диффузионной среды является аддитивной функцией локальных свободных объемов всех частиц и их количества, то можно получить аналитические соотношения, связывающие коэффициенты диффузии нпзкомолекулярных веществ с числом концевых групп, узлов пространственной сетки, сополимерных звеньев, степени кристалличности, концентрации пластификаторов и других модифицирующих добавок. Уже это перечисление показывает, сколь широки возможности этой теории.

Термодинамическая сторона диффузии

Четвертая, последняя сторона «четырехугольника». Ее можно назвать термодинамической, поскольку касается термодинамических аспектов диффузионных явлений. Значение этой стороны трудно переоценить. Во-первых, движущей силой диффузии в общем случае является не разность концентраций, а разность термодинамических потенциалов. Путем перераспределения вещества система стремится к выравниванию локальной разности потенциалов и, следовательно, к термодинамическому равновесию. Это выравнивание и осуществляется посредством диффузии. Введение в уравнение диффузии градиентов химических потенциалов позволяет объяснить ряд странных» явлений, известных как «отрицательная» диффузия, «восходящая» диффузия, когда перенос осуществляется против градиента концентрации.

Во-вторых, термодинамическая сторона диффузии устанавливает взаимосвязь между коэффициентами взаимо- и самодиффузии. На многочисленных примерах показано, что коэффициент взаимодиффузии равен произведению коэффициента самодиффузнн и термодинамической поправки, связанной с производной химического потенциала по составу. Это соотношение имеет принципиальное значение, поскольку с его помощью можно переходить от теоретически рассчитываемых коэффициентов самодиффузии к коэффнциентам диффузии, ответственным за реально протекающие процессы. И наоборот, располагая информацией о концентрационных зависимостях того и другого коэффициента, можно рассчитывать термодинамические параметры системы. Если для низкомолекулярных веществ в этом нет большой необходимости, то для систем полимер — олигомер, полимер — полимер этот метод является одним из наиболее эффективных. К этому следует добавить, что распределение концентраций в диффузионной зоне несет информацию о диаграммах фазового состояния исследуемых си-тем.

Втретьих, эта сторона «четырехугольника» определяет вообще возможность диффузии. Часто забывают, что диффузия связана непосредственно с растворимостью диффундирующих частиц в диффузионной среде. Если существует термодинамический запрет на этот процесс, т. е. если компоненты диффузионной пары взаимно нерастворимы, то естественно, диффузия невозможна. Может возникнуть вопрос, в чем самостоятельность этой стороны явления. Она связана прежде всего с развитием статистической теории растворов, а затем — с уточнением и совершенствованием представлений термодинамики необратимых процессов.

Список используемой литературы

1. «Основы макрокинетики. Диффузия и теплопередача в химической кинетике» Франк-Каменецкий Д.А., 2008г.

2. «Химия. Практические задания с ответами и разъяснениями. Учебное пособие для выпускников и абитуриентов» Журавлева Т.А., 2007г.

3. «Диффузия в твердых телах» Х.Мехрер, 2010г.