1、7.2.2 扩散系数费克定律中的扩散系数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。一、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 5210/ms。通常对于二元气体、B 的相互扩散，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表示，即 AD。表给出了某些二元气体在常压下（ 5.3Pa）的扩散系数。对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由富勒（Fuller）等提出的公式： 1.75/31/320.()()ABTMPv（）式中， D、B 二元气体的扩散系数， 2ms；P气体的总压， a；T气体的
2、温度，； AM、 B组分、 B 的摩尔质量， /kgol；v、 组分、B 分子扩散体积， 3/cl。一般有机化合物可按分子式由表查相应的原子扩散体积加和得到，某些简单物质则在表种直接列出。表 7 某些二元气体在常压下（ 51.0Pa）的扩散系数系统 温度/K 扩散系数/(10 -5m2/s) 系统 温度/K 扩散系数/(10 -5m2/s)H2空气 273 6.11 甲醇空气 273 1.32He空气 317 7.56 乙醇空气 273 1.02O2空气 273 1.78 正丁醇空气 273 0.703Cl2空气 273 1.24 苯空气 298 0.962H2O空气 273 2.20 甲醇空
3、气 298 0.844298 2.56 H2CO 273 6.51332 3.05 H2CO 2 273 5.50NH3空气 273 1.98 H2N 2 273 6.89CO2空气 273 1.38 294 7.63298 1.64 H2NH 3 298 7.83SO2空气 293 1.22 HeAr 298 7.29表 原子扩散体积和分子扩散体积原子扩散体积v/(cm3/mol)分子扩散体积v/( cm 3/mol)原子扩散体积v/(cm3/mol)分子扩散体积v/( cm 3/mol)C 15.9 He 2.67 S 22.9 CO 18.0H 2.31 Ne 5.98 CO2 26.9
4、O 6.11 Ar 16.2 N2O 35.9N 4.54 Kr 24.5 NH3 20.7芳香族环 -18.3 Xe 32.7 H2O 13.1杂环 -18.3 H2 6.12 SF6 71.3F 14.7 D2 6.84 Cl2 38.4CL 21.0 N2 18.5 Br2 69.0Br 21.9 O2 16.3 SO2 41.8I 29.8 空气 19.7 注：已列出分子扩散体积的，以后者为准。式的相对误差一般小于。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 9210/ms。表给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。表 溶质
5、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/(10-9m2/s)NH3 水 285 1.64 乙酸 水 298 1.26288 1.77 丙酸 水 298 1.01O2 水 291 1.98 HCl(9kmol/m3) 水 283 3.30298 2.41 (2.5kmol/m3) 283 2.50CO2 水 298 2.00 苯甲酸 水 298 1.21H2 水 298 4.80 丙酮 水 298 1.28甲醇 水 288 1.26 乙酸 苯 298 2.09乙醇 水 283 0.84 尿素 乙醇 285 0.54298
6、1.24 水 乙醇 298 1.13正丙醇 水 288 0.87 KCl 水 298 1.87甲酸 水 298 1.52 KCl 1,2乙二醇298 0.119乙酸 水 283 0.769 对于很稀的非电解质溶液（溶质溶剂） ，其扩散系数常用 Wilke-Chang 公式估算：150.6()7.4TBABAMDV2/ms （）式中， AB溶质在溶剂中的扩散系数（也称无限稀释扩散系数） ， 2/ms；T溶液的温度，；溶剂的粘度， .Pas；BM溶剂的摩尔质量， /kgol；溶剂的缔合参数，具体值为：水 2.6；甲醇 1.9；乙醇 1.5；苯、乙醚等不缔合的溶剂为 1.0； AV溶质 A 在正常沸
7、点下的分子体积， 3/cml，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：1.048.25cV，其中 cV为物质的临界体积（属于基本物性） ，单位为 3/ol，见表 7。表 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 CH4 99.2 氯仿 CHC13 238.9 氨 NH3 72.5乙烷 C2H6 148.3 甲醇 CH40 118 氮气 N2 89.8丙烷 C3H8 203 乙醇 C2H60 167.1 一氧化氮 NO 57.7正丁烷 C4H10 255 正丙醇 C
8、3H80 219 二氧化氮 NO2 167.8 正己烷 C6H14 370 异丙醇 C3H80 220 氧化二氮 N2O 97.4乙烯 C2H4 130.4 丙酮 C3H60 209 二氧化硫 S02 122.2丙烯 C3H6 181 甲乙酮 C4H8O 267 三氧化硫 SO3 127.3氯乙烯 C2H3C1 169 乙酸 C2H4O 171 氯化氢 HC1 80.9乙炔 C2H2 112.7 乙酸乙酯C4H80286 氢气 H2 65.1笨 C6H6 259 氯 C14 123.8 硫化氢 H2S 98.6甲苯 C7H8 316 溴 Br2 127.2 一氧化碳 CO 93.2氯苯 C6H
9、5C1 308 碘 I2 155 二氧化碳 CO2 93.9环己烷 C6H12 308 氧气 02 73.4 二硫化碳 CS2 160四氯化碳 CCl4 275.9 臭氧 03 88.9 水 H2O 57.1从（）可见，溶质在溶剂中的扩散系数 ABD与溶质在溶质中的扩散系数 BAD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 1T下的扩散系数 1推算 2T下的 2（要求 1T和 2相差不大） ，如下： 221()D（）三、生物物质的扩散系数表给出了一些生物溶质在水溶液中的扩散系数。表 75 生物溶质在水溶液中的扩散系数溶 质 温度/ 0C 扩散系数（m 2/s
10、） 摩尔质量/(kg/kmol)尿素 20 12010 -9 60.125 1.34810-9 甘油 20 0.82510-9 92.1 甘氨酸 25 1.05510-9 75.1 辛酸钠 25 8.7510-10 166.2 牛血清清蛋白 25 6.8110-11 67500尿素酶 25 4.0110-11 48270020 3.4610-11 大豆蛋白 20 2.9110-11 361800脂（肪）氧合酶 20 5.2910-11 97400人血纤维蛋白原 20 1.9810-11 339700人血清清蛋白 20 5.9310-11 72300-球蛋白（人） 20 4.0010-11 15
11、3100肌酸酐 37 1.0810-9 113.1蔗糖 37 0.69710-9 342.320 0.46010-9 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 500 3/cmol时，可用式（） ；否则，宜用式（） （Polson 方法） ，15/39.40()ABATDM2/ms（）其中， 镕基的粘度， .Pas；AM生物溶质的摩尔质量。四、四、固体中的扩散系数表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 P（permeability）来代替扩散系数 D，两者间的关系为MABPS（）其中，为气体溶质在固相中的溶解度
12、， /Acp，单位为 3m溶质（标准状态）（ 3m固体.atm） 。表 76 固体中的扩散系数和渗透率溶质 A 固体 B T/K DAB/(m2/s) 溶解度 S* 渗透率 Pm*H2 硫化橡胶 298 0.8510-9 0.040 0.3210-10O2 298 0.2110-9 0.070 0.15210-10N2 298 0.1510-9 0.035 0.05410-10CO2 硫化氯丁橡胶 290 0.1110-9 0.90 1.0110-10300 0.18010-9 0.051 H2 聚乙烯 298 6.5310-12O2 303 4.1710-12N2 303 1.5210-12O2 尼龙 303 0.02910-12N2 303 0.015210-12H2O 蜡 306 0.1610-10H2 Fe 293 2.5910-13 Al Cu 293 1.310-34 * S 的单位：m 3 溶质（标准状态）（m 3 固体atm ） ；* PM 的单位： m3 溶质（标准状态）（sm 2atm/m） 。
