А как же оно тикает?
11,296,598 15,055
 

  Радонеж ( Слушатель )
13 авг 2021 00:02:32

Газовая диффузия

новая дискуссия Дискуссия  475

Кто бы просветил в вопросах газовой диффузии. Задачка проста.

Имеем объем, разделенный полупроницаемой мембраной на два отсека. В отсеке А находится газ А, который НЕ может диффундировать через мембрану, а в отсеке Б находится газ Б, который может диффундировать через мембрану. Допустим, что мембрана абсолютно жесткая и объемы отсеков неизменны. Будет ли происходить диффузия газа Б в отсек А при изначально равных давлениях отсеках Ра = Рб? И при давлениях Ра > Рб?

В случае аналогии в виде осмоса все понятно, там при разности концентраций ионов солей, последние будут поглощать воду до построения эквивалентных по объему гидратных оболочек. Тут возможна работа против сил гравитации и "нарушение" принципа сообщающихся сосудов. И диффузия растворителя будет идти от меньшего гидростатического давления к большему.

Могут ли газы диффундировать против градиента давления (но по градиенту концентрации)? Если да, то почему? Откуда берется энергия?
Отредактировано: Радонеж - 13 авг 2021 00:09:20
  • +0.00 / 0
  • АУ
ОТВЕТЫ (10)
 
 
  rommel.lst ( Слушатель )
13 авг 2021 09:11:18

Гуглите закон Дарси. Прохождение газов через пористую структуру определяется разностью парциальных давлений газов над ее поверхностью справа и слева, ну, и коэфф. проницаемости, конечно..
Здесь коротко нарисовано для одного компонента
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
  GrinF ( Слушатель )
13 авг 2021 10:54:44

Естественно будет, и в том и в другом случае... Аналогия с осмосом 100%... равновесные концентрации будут определять электрохимическим сродством мембраны к молекулам газ для которого мембрана полупрозрачна...для невзаиможействующего газа термодинамиское равновеие рано или поздно устеновится  и парциальные давления в обоих отсеках выравниются. и посему вообще сожно выкинуть из рассмторения (за исключением того факта, что диффузия этого газа через каналы мембраны будет сокращать диффузиб и возможно изменит электрохимическое сродство ко второму газу - если пассматривать модель адсорбции газов в канале на незаняых сайтаз адсорбции в каналах мембраны) 
ЦитатаВ случае аналогии в виде осмоса все понятно, там при разности концентраций ионов солей, последние будут поглощать воду до построения эквивалентных по объему гидратных оболочек. Тут возможна работа против сил гравитации и "нарушение" принципа сообщающихся сосудов. И диффузия растворителя будет идти от меньшего гидростатического давления к большему.

Могут ли газы диффундировать против градиента давления (но по градиенту концентрации)? Если да, то почему? Откуда берется энергия?

потому что броуновское движение никто не отменил... 
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
  Радонеж ( Слушатель )
13 авг 2021 14:15:56

Т.е.  по вашему в конечном итоге система придет к виду 3Ра/2 и Рб/2 в случае исходного равенства давлений? Любопытно...

Если поместить воздушный шарик, надутый, допустим, азотом, в водородную атмосферу, он раздуется и лопнет?

Так и есть


Прибор Рамзая для обнаружения парциального давления.

Во внутреннем сосуде Р из палладия находится смесь азота и водорода под общим давлением в 1 атм. Сосуд Р соединён с дифференциальным манометром и помещён в сосуд большего размера. При высоких температурах водород легко диффундирует через палладиевую оболочку, и стенки сосуда Р становятся полупроницаемыми — они проницаемы для водорода, но непроницаемы для азота. Пропуская нагретый водород с давлением в 1 атм через больший сосуд, исследователь обнаружит, что давление смеси газов в сосуде Р превысит 1 атм на величину парциального давления азота при данной температуре.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
  rommel.lst ( Слушатель )
13 авг 2021 15:41:31

Раздуется или нет - зависит от того, какое соотношение давлений внутри и снаружи. При постоянной температуре для азота верно P*V=const. И именно под это давление растянута резина шарика изначально (исходный размер).
- Если давление водорода снаружи меньше Рвнутр, то шарик быстро раздуется и без просачивания водорода (может даже лопнет) - просто за счет выравнивания давлений.
- Если давление водорода снаружи больше Рвнутр, то шарик быстро сожмется.

Это тупо механика+газодинамика, а потом начнется медленный процесс диффузии. Т.е. низкое давление снаружи - это почти гарантированный разрыв, если не сразу, то в ходе выравнивания парциальных. А изначально высокое снаружи может привести лишь к возврату к прежнему размеру или небольшому раздуванию со временем.. хотя, конечно, может и порвать.
  • +0.01 / 1
  • АУ
 
 
 
 
  Радонеж ( Слушатель )
13 авг 2021 16:28:28

Это понятно. Просто не очевидно с обывательской точки зрения раздувание шарика против градиента общего давления, но по градиенту парциального давления. Это все эхо одной интересной задумки, которую гробит газовая диффузия.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
  GrinF ( Слушатель )
14 авг 2021 21:42:43

Демона максвелла пока не изобрели   - никогда не изобретут, поэтому идеальных полунепроницаемых мембран не было и никогда не будет, посему давления в одной камерек будут помеьше вами указанног в другом побольше... да ижатьвам придется бесконечно долго этих предельных давлений
Цитата

Если поместить воздушный шарик, надутый, допустим, азотом, в водородную атмосферу, он раздуется и лопнет?

Так и есть\n\n Прибор Рамзая для обнаружения парциального давления.

Во внутреннем сосуде Р из палладия находится смесь азота и водорода под общим давлением в 1 атм. Сосуд Р соединён с дифференциальным манометром и помещён в сосуд большего размера. При высоких температурах водород легко диффундирует через палладиевую оболочку, и стенки сосуда Р становятся полупроницаемыми — они проницаемы для водорода, но непроницаемы для азота. Пропуская нагретый водород с давлением в 1 атм через больший сосуд, исследователь обнаружит, что давление смеси газов в сосуде Р превысит 1 атм на величину парциального давления азота при данной температуре.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
  Радонеж ( Слушатель )
16 авг 2021 19:37:30

Растворимость азота и водорода в палладии различается на многие порядки, так что все будет как описано.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
  GrinF ( Слушатель )
17 авг 2021 10:12:06

Растворимость здесь вообще не при чем - она определяет только насыщенность самой мембраны газом, а нас для определения асимптотических (термодинамически равновесных) концентраций интересует взаимодействие газов по обе стороны мембраны с самой мембраной - электрохимическое сродство процесса сорбции... И в любом случае  растворимость или электрохимическое сродство не имеют бесконечных значений ..посему демона Максвелла никакой палладиевой мембраной помещещенной в водород азотную семесь не создать...
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
  Радонеж ( Слушатель )
17 авг 2021 10:19:26

Растворимость здесь решает все
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
  rommel.lst ( Слушатель )
17 авг 2021 10:57:54

Демон не демон, но пару порядков разницы просочившихся объемов после относительно длительной экспозиции можно получить запросто. Нужно только одну вещь отметить для Радонежа - металлические мембраны обычно работают при высоких температурах. Палладий - где-то при 500С, если я уже не забыл все окончательно..
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
<< Китай признает власть талибов, если они возьмут Кабул
Китай >>