欧阳歌谷创编扩散系数2021年2月1欧阳歌谷(2O21・ON・O1)费克定律中的扩散系数D代表单位浓度梯度下的扩散通量， 它表达某个组分在介质中扩散的快慢，是物质的一种传递性质 -、气体中的扩散系数气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为 10-%2/s通常对于二元气体a、B的相互扩散，A在B中的扩散 系数和B在A中的扩散系数相等，因此可略去下标而用同一符号D表示，BDD^ = D^=Do表7 - 1给出了某些二元气体在常压下(1.013x10”)的扩 散系数通常用较简单的由富勒对于二元气体扩散系数的佶算, (Fuller)等提出的公式：O.O1O1T175(7-1式中，D_x、B二元气体的扩散系数, P-气体的总压，Pa ;T -气体的温度，K ;M八、Mb_组分a、B的摩尔质量,kg/kmol ；、 -组分A、B分子扩散体积，曲/曲—般有机化合物可按分子式由表7-2查相应的原子扩散体积加和得到，某些简单物质则在表7-2种直接列出表7 - 1某些二元气体在常压下(1.013x10”“)的扩散系数系统温度/K扩散系数/(lOFrVs)系统温度/K扩散系数/(10-5m2/s)出一空气2736.11甲醇一空气273132He—空气3177.56乙醇一空气2731.0202-空气2731.78正丁醇一空气2730.703C12—空气2731.24苯一空气2980.962HQ—空气2732.20甲醇一空气2980.8442982.56H2-CO2736.513323.05h2-co22735.50NH3—空气2731.98h2-n22736.89CO?—空气2731.382947.632981.64h2-nh32987.83S02—空气2931.22He—Ar2987.29表7 - 2原子扩散体积和分子扩散体积 欧阳歌谷创编 2021年2月1原子扩散体积 v/(cm3/mol)分子扩散体枳 E v/( cm3/mol)原子扩散体积 v/(cm'/mol)分子扩散体积 S v/( cnrVmol)C15.9He2.67S 22.9CO18.0H2.31Ne5.98CO226.9O6.11Ar16.2n2o35.9N4.54Kr24.5nh320.7芳香族环 -18.3Xe32.7h2o13.1杂环-18.3h26」2sf671.3F14.7d26.84Ch3&4CL21.0N：18.5Br269.0Br21.9o216.3SO241.8I29.8空气19.7注：已列出分子扩散体积的，以后者为准。
式7-19的相对误差一般小于1 0 %二、液体中的扩散系数由于液体中的分子要比气体中的分子密集得多，因此也体的扩散系数要比气体的小得多，其量级为10-sr/s表7 - 3给出了 某些溶质在液体溶剂中的扩散系数表7 - 3溶质在液体溶剂中的扩散系数(溶质浓度很低)溶质溶剂温度/K扩散系数/(10-9m2/s)溶质溶剂温度/K扩散系数/(10-9nr/s)nh3水2851.64乙酸水2981.262881.77丙酸水2981.01o2水2911.98HCl(9kmol/m3)水2833302982.41(2.5kmol/m3)2832.50CO2水2982.00苯甲酸水2981.21H2水2984.80丙酮水2981.28甲醇水2881.26乙酸苯2982.09乙醇水2830.84尿素乙醇2850.542981.24水乙醇2981」3正丙 醇水2880.87KC1水2981.87甲酸水2981.52KC11.2—乙二 醇2980.119乙酸水2830.769对于很稀的非电解质溶液(溶质A+溶剂B),其扩散系数常用Wilke-Chang公式估算："7®需朴(7-21)式中，几-溶质A在溶剂B中的扩散系数(也称无限稀释扩散系 数),m2/s ；了-溶液的温度，K;卩-溶剂B的粘度，P*s ；叫-溶剂B的摩尔质量，焙伽曲；e-溶剂的缔合参数，具体值为：水2.6;甲醇1.9;乙醇1.5; 苯、乙瞇等不缔合的溶剂为1.0;欧阳歌谷创编匕-溶质A在正常沸点下的分子体积，c^/mol9由正常沸 点下的液体密度来计算。
若缺乏此密度数据，则可采用Tyn-Calus 方法估算："=0・285匕^,其中匕•为物质的临界体积（属于基本物 性）,单位为曲fniol,见表7- 4o表7-4常见物质的临界体积Vc物质Vc/(cm3/mol)物质Vc/(cm3/mol)物质Vc/(cm3/mol)甲烷 ch499.2氯仿CHC13238.9氨 nh372.5乙烷 c2h6148.3甲醇CH40118氮气 289.8丙烷 C3Hs203乙醇C2H60167.1一氧化氮NO57.7正J烷C4H10255正丙醇C^HsO219二氧化氮NO?167.8正己烷C6H,4370异丙醇c3h8o220氧化二氮n2o97.4乙烯 C2H4130.4丙酮C3H6O209二氧化硫S02122.2丙烯 CaH6181甲乙酮C4HhO267三氧化硫so3127.3氯乙烯C2H3C1169乙酸c2h4o171氯化氢HC180.9乙烘 C2H2112.7乙酸乙酯C4HsO286氢气 H265.1笨 6日6259.H CI4123.8硫化氢H?s98.6甲苯 C7Hh316浪 Brz127.2一氧化碳co93.2氯苯C6H5C1308a b155二氧化碳co293.9环己烷CgH|2308氧气 0273.4二硫化碳CS2160四氯化碳CCI4275.9臭氧 Os8&9水 H?O57.1从（7-21）可见，溶质A在溶剂B中的扩散系数几与溶 质B在溶质A中的扩散系数4八不相等，这一点与气体扩散系数的 特性明显不同，需引起注意。
对给定的系统，可由温度人下的扩散系数°推算◎下的$（要求£和Z相差不大），如下:7-22)三、生物物质的扩散系数表7 - 5给出了一些生物溶质在水溶液中的扩散系数表7-5生物溶质在水溶液中的扩散系数溶质温度/°c扩散系数（m2/s ）摩尔质量/（kg/kmol）尿素2()1. 20X10 960.1251.348X10^甘油200.825 X10-992.1甘氨酸251.055X10975.1辛酸钠25& 75X10®166.2牛血淸淸蛋白256.81X101167500尿素酶254.01 X10114827002()3.46X1011大豆蛋白2()2.91X10 山361800脂（肪）氧合爾205.29X101197400人血纤维蛋白原201.98X1011339700人血淸淸蛋白205.93X101172300Y ■球蛋白（人）2()4.00X1011153100肌酸肝371.08X109113.1蔗糖370.697 X1093423200.460 X109对于水溶液中生物溶质扩散系数的估算，当溶质相对于分子 质量小于1000或其分子体积小于500cm'/mol时，可■用式（7 - 21 ）；否则，宜用式（7 — 23） （Polson方法），_9.40xlQ-15T"nr Is （7-2 3）其中，卩-踣基的粘度，P“ ；di -生物溶质的摩尔质量。
四、四、固体中的扩散系数表7 - 6给出了某些物质在固体中的扩散系数对于气体在 固体中的扩散，一般是用渗透率（permeability）来代替扩散系 数D,两者间的关系为pm = 52 （7-24）其中，S为气体溶质A在固相中的溶解度，s’g,单位为亦 溶质（标准状态）/ （"固体.atm） o表7-6固体中的扩散系数和渗透率溶质A固体BT/KDAB/(nr/s)溶解度匸渗透率Pn「h2硫化橡胶2980.85 X10-90.0400.32 X1010O22980.21 X10y0.0700」52X1010n22980.15X1090.0350.054 X 10l()CO2硫化氯丁橡胶290o.nxio-90.901.01 X10103000」80X1090.051h2聚乙烯2986.53X&2o23034.17X1012n23031.52X101202尼龙3030.029 X1012N23030.0152X10 12H2O蜡306O.16X1O10h2Fe2932.59X10 13AlCu2931.3X10*乍的单位：n?溶质（标准状态）/ （n?固体• atm）; ** Pm的单位：m‘溶质（标准状态）/ （s・m2> atm/m）。