Термодиффузия

Термодиффу́зия

(термическая, или тепловая, диффузия)

перенос компонент газовых смесей или растворов под влиянием Градиента температуры. Если разность температур поддерживается постоянной, то вследствие Т. в объёме смеси возникает градиент концентрации, что вызывает также и обычную диффузию (См. Диффузия). В стационарных условиях при отсутствии потока вещества Т. уравновешивается обычной диффузией и в объёме возникает разность концентраций, которая может быть использована для изотопов разделения (См. Изотопов разделение).

Т. в растворах была открыта нем. учёным К. Людвигом (1856) и исследована швейцарским учёным Ш. Соре (1879—81). Т. в растворах называется эффектом Соре. Т. в газах была теоретически предсказана английским учёным С. Чепменом и шведским учёным Д. Энскогом (1911—17) на основе кинетической теории газов (См. Кинетическая теория газов) и экспериментально обнаружена английским учёными С. Чепменом и Ф. Дутсоном в 1917.

В бинарной смеси при постоянном давлении в отсутствии внешних сил полный диффузионный поток вещества равен

j_i = – nD₁₂ gradc_i – n (D_T/T) grad Т, где D₁₂ — коэффициент диффузии, D_T — коэффициент Т., n — число частиц смеси в единице объёма, c_i = n_i/n — концентрация частиц i-й компоненты (i = 1,2). Распределение концентрации в стационарном состоянии может быть найдено из условия j_i = 0, откуда grad c_i = – (k_T/T) gradT, где к_т = D_T/D₁₂ — термодиффузионное отношение, пропорциональное произведению концентраций компонент. Коэффициент Т. сильно зависит от межмолекулярного взаимодействия (См. Межмолекулярное взаимодействие), поэтому его изучение позволяет исследовать межмолекулярные силы в газах.

Лит.: Грю К. Э., Иббс Т. Л., Термическая диффузия в газах, пер. с англ., М., 1956. См. также лит. при ст. Термодинамика неравновесных процессов.

Д. Н. Зубарев.