भौतिकी में कई घटनाओं में से, प्रसार प्रक्रिया सबसे सरल और सबसे अधिक समझने योग्य है। आखिरकार, हर सुबह, खुद को सुगंधित चाय या कॉफी तैयार करते हुए, एक व्यक्ति को इस प्रतिक्रिया को व्यवहार में देखने का अवसर मिलता है। आइए इस प्रक्रिया के बारे में और विभिन्न समग्र अवस्थाओं में इसके घटित होने की स्थितियों के बारे में अधिक जानें।
प्रसार क्या है
यह शब्द एक पदार्थ के अणुओं या परमाणुओं के दूसरे की समान संरचनात्मक इकाइयों के बीच प्रवेश को दर्शाता है। इस मामले में, मर्मज्ञ यौगिकों की एकाग्रता को समतल किया जाता है।
इस प्रक्रिया का सबसे पहले विस्तार से वर्णन जर्मन वैज्ञानिक एडॉल्फ फिक ने 1855 में किया था
इस शब्द का नाम लैटिन मौखिक संज्ञा डिफ्यूज़ियो (बातचीत, फैलाव, वितरण) से बना है।
तरल में विसरण
समुच्चय की तीनों अवस्थाओं में पदार्थों के साथ विचाराधीन प्रक्रिया हो सकती है: गैसीय, तरल और ठोस। इसके व्यावहारिक उदाहरणों के लिए, बस देखेंरसोई।
स्टोव-उबला हुआ बोर्स्ट उन्हीं में से एक है। तापमान के प्रभाव में, ग्लूकोसिन बीटानिन के अणु (एक पदार्थ जिसके कारण बीट्स में इतना समृद्ध लाल रंग होता है) समान रूप से पानी के अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिससे यह एक अद्वितीय बरगंडी रंग देता है। यह मामला द्रवों में विसरण का एक उदाहरण है।
बोर्श के अलावा इस प्रक्रिया को एक गिलास चाय या कॉफी में भी देखा जा सकता है। इन दोनों पेय में इतनी समान समृद्ध छाया है कि चाय की पत्तियां या कॉफी के कण, पानी में घुलते हुए, समान रूप से इसके अणुओं के बीच फैलते हैं, इसे रंगते हैं। नब्बे के दशक के सभी लोकप्रिय इंस्टेंट ड्रिंक्स की क्रिया एक ही सिद्धांत पर बनी है: युपी, इनवाइट, ज़ुको।
गैसों का प्रवेश
रसोई में विचाराधीन प्रक्रिया की अभिव्यक्तियों के लिए आगे देखना जारी रखते हुए, खाने की मेज पर ताजे फूलों के गुलदस्ते से निकलने वाली सुखद सुगंध को सूँघने और आनंद लेने लायक है। ऐसा क्यों हो रहा है?
गंध ले जाने वाले परमाणु और अणु सक्रिय गति में होते हैं और परिणामस्वरूप, हवा में पहले से मौजूद कणों के साथ मिश्रित होते हैं, और कमरे के आयतन में काफी समान रूप से बिखरे होते हैं।
यह गैसों में विसरण का प्रकटीकरण है। यह ध्यान देने योग्य है कि हवा की साँस लेना भी विचाराधीन प्रक्रिया से संबंधित है, साथ ही साथ रसोई में ताजा पके हुए बोर्स्ट की स्वादिष्ट गंध भी है।
ठोस में विसरण
फूलों वाली रसोई की मेज चमकीले पीले मेज़पोश से ढकी हुई है। उसे एक समान छाया मिलीठोस पदार्थों से गुजरने की विसरण की क्षमता।
कैनवास को एक समान छाया देने की प्रक्रिया कई चरणों में निम्न प्रकार से होती है।
- रेशेदार पदार्थ की ओर स्याही टैंक में फैले पीले रंगद्रव्य के कण।
- फिर वे रंगे हुए कपड़े की बाहरी सतह से अवशोषित हो गए।
- अगला कदम फिर से डाई को फैलाना था, लेकिन इस बार वेब के रेशों में।
- फाइनल में, कपड़े ने वर्णक कणों को स्थिर कर दिया, इस प्रकार रंगीन हो गए।
धातुओं में गैसों का प्रसार
आमतौर पर, इस प्रक्रिया के बारे में बोलते हुए, एक ही एकत्रीकरण की स्थिति में पदार्थों की बातचीत पर विचार करें। उदाहरण के लिए, ठोस, ठोस में प्रसार। इस घटना को साबित करने के लिए, दो धातु प्लेटों (सोना और सीसा) को एक दूसरे के खिलाफ दबाकर एक प्रयोग किया जाता है। उनके अणुओं के आपस में जुड़ने में काफी लंबा समय लगता है (पांच साल में एक मिलीमीटर)। इस प्रक्रिया का उपयोग असामान्य गहने बनाने के लिए किया जाता है।
हालांकि, विभिन्न समुच्चय अवस्थाओं में यौगिक भी फैलने में सक्षम हैं। उदाहरण के लिए, ठोसों में गैसों का विसरण होता है।
प्रयोगों के दौरान यह साबित हुआ कि ऐसी प्रक्रिया परमाणु अवस्था में होती है। इसे सक्रिय करने के लिए, एक नियम के रूप में, आपको तापमान और दबाव में उल्लेखनीय वृद्धि की आवश्यकता होती है।
ठोस में ऐसे गैसीय प्रसार का एक उदाहरण हाइड्रोजन जंग है। यह खुद को उन स्थितियों में प्रकट करता है जहांहाइड्रोजन परमाणु (Н2) जो उच्च तापमान (200 से 650 डिग्री सेल्सियस) के प्रभाव में कुछ रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान उत्पन्न हुए हैं, धातु के संरचनात्मक कणों के बीच प्रवेश करते हैं।
हाइड्रोजन के अलावा ठोस पदार्थों में भी ऑक्सीजन और अन्य गैसों का प्रसार हो सकता है। आंखों के लिए अगोचर यह प्रक्रिया बहुत नुकसान करती है, क्योंकि इसकी वजह से धातु की संरचनाएं ढह सकती हैं।
धातुओं में द्रवों का विसरण
हालांकि, न केवल गैस के अणु ठोस में प्रवेश कर सकते हैं, बल्कि तरल पदार्थ भी। जैसा कि हाइड्रोजन के मामले में होता है, अक्सर इस प्रक्रिया से क्षरण होता है (जब धातुओं की बात आती है)।
ठोस में तरल प्रसार का एक उत्कृष्ट उदाहरण पानी (H2O) या इलेक्ट्रोलाइट समाधान के प्रभाव में धातुओं का क्षरण है। अधिकांश के लिए, यह प्रक्रिया जंग के नाम से अधिक परिचित है। हाइड्रोजन जंग के विपरीत, व्यवहार में इसका अधिक बार सामना करना पड़ता है।
प्रसार में तेजी लाने के लिए शर्तें। प्रसार गुणांक
उन पदार्थों से निपटने के बाद जिनमें विचाराधीन प्रक्रिया हो सकती है, इसके होने की परिस्थितियों के बारे में जानने लायक है।
सबसे पहले, प्रसार की गति परस्पर क्रिया करने वाले पदार्थों की समग्र स्थिति पर निर्भर करती है। जिस पदार्थ में प्रतिक्रिया होती है उसका घनत्व जितना अधिक होता है, उसकी दर उतनी ही धीमी होती है।
इस संबंध में द्रवों और गैसों में विसरण ठोसों की तुलना में हमेशा अधिक सक्रिय रहेगा।
उदाहरण के लिए, यदि क्रिस्टलपोटेशियम परमैंगनेट KMnO4 (पोटेशियम परमैंगनेट) पानी में फेंक दें, वे इसे एक सुंदर रास्पबेरी रंग देंगे कुछ ही मिनटों में रंग। हालाँकि, यदि आप KMnO4 के क्रिस्टल को बर्फ के टुकड़े पर छिड़कते हैं और इसे फ्रीजर में रख देते हैं, तो कुछ घंटों के बाद, पोटेशियम परमैंगनेट जमे हुए H 2O.
को पूरी तरह से रंगने में सक्षम नहीं
पिछले उदाहरण से, प्रसार की स्थिति के बारे में एक और निष्कर्ष निकाला जा सकता है। एकत्रीकरण की स्थिति के अलावा, तापमान कणों के अंतःप्रवेश की दर को भी प्रभावित करता है।
इस पर विचाराधीन प्रक्रिया की निर्भरता पर विचार करने के लिए, प्रसार गुणांक जैसी अवधारणा के बारे में सीखने लायक है। यह इसकी गति की मात्रात्मक विशेषता का नाम है।
अधिकांश सूत्रों में, इसे बड़े लैटिन अक्षर D से दर्शाया जाता है और SI प्रणाली में इसे वर्ग मीटर प्रति सेकंड (m² / s) में मापा जाता है, कभी-कभी सेंटीमीटर प्रति सेकंड (cm2) में /मी).
प्रसार गुणांक समय की एक इकाई में एक इकाई सतह के माध्यम से बिखरे हुए पदार्थ की मात्रा के बराबर है, बशर्ते कि दोनों सतहों पर घनत्व अंतर (एक इकाई लंबाई के बराबर दूरी पर स्थित) एक के बराबर हो। D को निर्धारित करने वाले मानदंड उस पदार्थ के गुण हैं जिसमें कण बिखरने की प्रक्रिया स्वयं होती है, और उनका प्रकार।
तापमान पर गुणांक की निर्भरता को अरहेनियस समीकरण का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है: D=D0exp(-E/TR)।
माना सूत्र में ई प्रक्रिया को सक्रिय करने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा है; टी - तापमान (केल्विन में मापा जाता है, सेल्सियस नहीं); आर-एक आदर्श गैस की गैस स्थिर विशेषता।
उपरोक्त सभी के अलावा, गैसों में ठोस, तरल पदार्थ में प्रसार की दर दबाव और विकिरण (प्रेरक या उच्च आवृत्ति) से प्रभावित होती है। इसके अलावा, एक उत्प्रेरक पदार्थ की उपस्थिति पर बहुत कुछ निर्भर करता है, अक्सर यह कणों के सक्रिय फैलाव की शुरुआत के लिए एक ट्रिगर के रूप में कार्य करता है।
प्रसार समीकरण
यह परिघटना आंशिक अवकल समीकरण का एक विशेष रूप है।
इसका लक्ष्य अंतरिक्ष के आकार और निर्देशांक (जिसमें यह फैलता है), साथ ही समय पर किसी पदार्थ की एकाग्रता की निर्भरता का पता लगाना है। इस मामले में, दिया गया गुणांक प्रतिक्रिया के लिए माध्यम की पारगम्यता को दर्शाता है।
अक्सर, प्रसार समीकरण इस प्रकार लिखा जाता है: ∂φ (r, t)/∂t=x [D(φ, r) (r, t)]।
इसमें (t और r) बिंदु r पर समय t पर प्रकीर्णन पदार्थ का घनत्व है। D (φ, r) - घनत्व पर बिंदु r पर सामान्यीकृत प्रसार गुणांक।
∇ - वेक्टर डिफरेंशियल ऑपरेटर जिसके घटक निर्देशांक में आंशिक व्युत्पन्न हैं।
जब प्रसार गुणांक घनत्व पर निर्भर होता है, तो समीकरण गैर-रैखिक होता है। जब नहीं - रैखिक।
विभिन्न वातावरणों में प्रसार की परिभाषा और इस प्रक्रिया की विशेषताओं पर विचार करने के बाद, यह ध्यान दिया जा सकता है कि इसके सकारात्मक और नकारात्मक दोनों पक्ष हैं।
