Калькулятор коэффициента диффузии

Коэффициент диффузии описывает, насколько быстро частицы распространяются за счёт случайного теплового движения. Большие коэффициенты означают более быстрое рассеивание, малые — более медленное движение в окружающей среде. Калькулятор использует уравнение Стокса — Эйнштейна: D = kBT, делённое на 6πηr, где kB — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура, η — динамическая вязкость, r — гидродинамический радиус сферической частицы. После перевода всех величин в СИ результат выражается в квадратных метрах в секунду. Уравнение отражает три полезные закономерности. Повышение температуры увеличивает тепловую энергию и ускоряет диффузию. Повышение вязкости усиливает сопротивление и замедляет диффузию. Увеличение радиуса тоже замедляет её, поскольку крупная частица испытывает большее гидродинамическое сопротивление. Эти связи полезны для оценки молекулярного переноса, сравнения наночастиц, планирования динамического рассеяния света и проверки расчётов массопереноса. Используйте абсолютную температуру в кельвинах, а не градусах Цельсия. Динамическую вязкость вводят в паскаль-секундах; одна миллипаскаль-секунда равна 0.001 паскаль-секунды. Калькулятор принимает радиус в нанометрах и переводит его в метры. Не вводите диаметр вместо радиуса: это удвоит знаменатель и уменьшит коэффициент вдвое. Гидродинамический радиус также может отличаться от сухого геометрического радиуса, если молекула имеет сольватную оболочку или несферическую конформацию. Уравнение Стокса — Эйнштейна предполагает разбавленную суспензию сферических частиц в сплошной ньютоновской жидкости с условием прилипания на границе. Оно лучше работает, когда частица заметно крупнее отдельных молекул растворителя, а взаимодействия между частицами слабы. Плотные растворы, пористые частицы, сильно анизотропные молекулы, неньютоновские жидкости, границы раздела и очень малые растворённые частицы могут нарушать эти предпосылки. Лучше брать вязкость, измеренную при фактической температуре: она может резко меняться даже в небольшом температурном диапазоне. Рассматривайте результат как идеализированную оценку для сравнений и планирования экспериментов. Для высокой точности используйте температурную зависимость вязкости растворителя, экспериментально определённый гидродинамический радиус и поправки на геометрию измерения. Коэффициенты диффузии часто приводят в квадратных сантиметрах в секунду; умножьте результат в квадратных метрах в секунду на 10,000 для перевода. Всегда указывайте температуру и условия растворителя вместе с коэффициентом, чтобы другой исследователь мог его интерпретировать или воспроизвести.