Diffusion in Metallen: Platzwechselreaktionen

در یک آزمایش سخنرانی معروف، محلولی از سولفات مس را با آب خالص می‌پوشانند و همه چیز را به حال خود رها می‌کنند. ابتدا یک مرز تیز بین محلول آبی و آب وجود دارد. تنها پس از چند روز، رنگ آبی سولفات مس را می توان مشاهده کرد که به سمت بالا نفوذ می کند، یعنی در برابر میدان گرانش. ما این پدیده را انتشار می نامیم. هر سیستم مایعی که از اجزای قابل امتزاج تشکیل شده و در یک فضای بسته با دمای ثابت قرار دارد، برای یکسان سازی غلظت تلاش می کند. در حال حاضر اغلب فرض می شود که یکسان سازی غلظت های مختلف و افزایش انرژی مرتبط تنها نیروی محرکه در پس انتشار است. با این حال، این مورد نیست، همانطور که می توان به راحتی با یک آزمایش فکری نشان داد::nt. ظرفی حاوی محلول نمکی را تصور کنید که غلظت آن در تمام نقاط یکسان است. این ظروف به وسیله دیواری جداکننده به دو اتاق 1 و 2 با اندازه مساوی تقسیم شده است. حالا فرض کنید می‌توانیم یون‌های محلول را ببینیم و آن‌هایی را که در فضای 1 هستند شناسایی کنیم. از آنجایی که همه یون ها در حرکت حرارتی کاملا تصادفی هستند، پس از اینکه پارتیشن را حذف کردیم، از یک فضا به فضای دیگر نیز عبور می کنند. پس از مدت زمان معین، نیمی از یون های علامت گذاری شده به طور متوسط ​​در فضاهای 1 و 2 قرار می گیرند. هنگامی که یکسان سازی غلظت اتفاق می افتد، انتشار متوقف نمی شود، فقط از مشاهده فوری فرار می کند.

Zu einem bekannten Vorlesungsversuch wird eine Lösung von Kupfersulfat mit reinem Wasser überschichtet und das Ganze sich selbst überlassen. Zunächst besteht zwischen der blauen Lösung und dem Wasser eine scharfe Grenze. Schon nach wenigen Tagen läßt sich ein Vordringen der blauen Farbe des Kupfersulfates nach oben, also dem Schwerefeld entgegen, beobachten. Diese Erscheinung bezeichnen wir als Diffusion. Jedes flüssige System, das aus mischbaren Kom­ ponenten besteht und sich in einem abgeschlossenen Raume konstanter 'l'emperatur befindet, strebt nach dem Ausgleich der Konzentration. Es wird nun häufig angenommen, daß der Ausgleich verschiedener Konzentrationen und ein damit verbundener Energiegewinn die ein­ zige treibende Kraft der Diffusion sei. Das ist jedoch nicht so, wie sich an einem Gedankenexperimt::nt leicht zeigen läßt. Man stellt sich ein Gefäß vor, in dem sich eine Salzlösung befindet, deren Konzentration an allen Stellen die gleiche ist. Durch eine Scheidewand wird dieses Gefäß in zwei gleich große Räume 1 und 2 geteilt. Wir nehmen nun weiter an, wir könnten die gelösten Ionen sehen und diejenigen kenn­ zeichnen, die sich im Raume 1 befinden. Da sich alle Ionen in völlig regelloser Wärmebewegung befinden, werden sie, nachdem wir die Zwischenwand entfernt haben, auch von einem Raume in den anderen übertreten. Nach einer bestimmten Zeit werden durchschnittlich je die Hälfte der gekennzeichneten Ionen in den Räumen 1 und 2 sein. Mit dem Eintreten des Konzentrationsausgleiches hört demnaC'h die Dif­ fusion nicht auf, sondern sie entzieht sich nur der unmittelbaren Be­ obachtung.