نفوذ در مایعات و گازها

توضیحات

دستگاه نفوذ در مایعات و گازها به بررسی ضریب نفوذ انتقال جرم می‌پردازد. مکانیزم نفوذ، انتقال جرم میکروسکوپی ذرات ماده، مانند اتم‌ها، مولکول‌ها و یون‌های ماده، به سبب اختلاف غلظت بین دو نقطه می‌باشد. این پدیده نقش مهمی در بسیاری فرآیندها ایفا می‌کند. به عنوان مثال در واکنش‌های شیمیایی واکنش‌دهنده‌ها را به یک‌دیگر می‌رساند، و در برخی موارد به عنوان مرحله‌ی تعیین کننده‌ی سرعت فرآیند می‌باشد.

این دستگاه برای بررسی پدیده‌ي نفوذ در مایعات و گازها، از دو واحد آزمایشگاهی تشکیل شده است. برای تحقیق نفوذ در مایعات، محلول غلیظ نمک استفاده می‌شود. محلول درون لوله‌ای U-شکل قرار می‌گیرد، که در یک سر آن دیسکی با چندین روزنه‌ی مویین قرار گرفته‌است. این لوله درون مخزن حاوی آب دیونیزه غوطه‌ور است، به طوری که دیسک در زیر سطح آب قرار می‌گیرد. گرادیان غلظت بین آب و محلول باعث می‌شود که یون‌های نمک در جهت خروج از لوله U-شکل از مسیر روزنه‌ها به سمت آب دیونیزه حرکت نمایند.

روزنه‌های مویین اطمینان حاصل می‌کنند که یون‌ها تنها در یک بعد حرکت می‌کنند. همزن درون مخزن نیز از افزایش غلظت نمک در نزدیکی دیسک، و به وجود آمدن گرادیان غلظت درون مخزن، جلوگیری می‌کند. به کمک هدایت‌سنج غلظت نمک درون تانک اندازه‌گیری می‌شود.

برای تحقیق نفوذ در گازها، از محلولی بسیار فرار استفاده می‌شود. این محلول در لوله‌ای عمودی که در حمام آب گرم غوطه‌ور شده، قرار می‌گیرد. انرژی گرمایی حمام آب محلول را تبخیر می‌کند. فن تعبیه شده، جریانی از هوا ایجاد می‌کند، که به صورت افقی در انتهای بالایی لوله حرکت می‌کند. این محلول گازی به سبب گرادیان غلظت، از سطح محلول مایع تا جریان هوای خالص بالا می‌آید. این جریان هوا مولکول‌های محلول را حمل نموده و غلظت ثابت بالای لوله را تأمین می‌کند. حجم محلول مایع درون لوله طی گذشت زمان کاهش می‌یابد. به کمک خط‌کش دقیق می‌توان سطح مایع درون لوله را تعیین کرد. به کمک هیتر و سیستم کنترلی، دمای حمام ثابت نگاه داشته می‌شود.

اهداف آموزشی

  • بررسی اصول فرآیند نفوذ، قانون فیک
  • بدست آوردن فرمول محاسبه ضریب نفوذ برای شرایط تجربی داده شده
  • محاسبه ضریب نفوذ برای انتقال جرم در گازها
  • محاسبه ضریب نفوذ برای انتقال جرم در مایعات

اجزای اصلی دستگاه

  • لوله U-شکل با روزنه‌های مویین
  • هدایت‌سنج
  • تانک آب
  • همزن مغناطیسی
  • حمام آب دارای هیتر
  • فن تولید جریان هوا
  • لوله نفوذ در گازها
  • سنسور دما
  • واحد کنترل و نمایشگر