Молекулярно-кинетическая теория позволяет количественно оценить коэффициент диффузии и выразить его через молекулярные величины - длину свободного пробега молекул и скорость теплового движения их.
Рассмотрим площадку s в сосуде с газовой смесью, перпендикулярную к оси x (рис. 5.4), вдоль которой поддерживается постоянная разность концентраций An = n ^-n2, то есть рассмотрим стационарный процесс. Возьмем для определенности, п ^> п2. Поскольку концентрации молекул из одного и второго сторон от площадки s разные, то возникнет некоторое диффузионный поток вдоль оси x. Обозначим число молекул, пересекающих 1 см2 площадки s, перпендикулярной направлению диффузии, за 1 с в направлении положительных значений х (справа) через ATj, а число молекул, пересекающих площадку в противоположном направлении, - через N2. Тогда диффузионный поток вдоль оси x равна N = N <1 - N2.
Как определить число молекул, пересекающих 1 см2 площадки? Молекулы имеют различные скорости, но для грубой оценки возьмем, что скорости всех молекул одинаковы и равны средней скорости ее. Считать, что тепловые скорости молекул равномерно распределяются в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Тогда из всех молекул в единице объема 1/3 часть движется вдоль оси X, половина из которых движется в положительном направлении оси х, а вторая половина - в противоположном направлении. Из этого выражения видно, что коэффициент диффузии обратно пропорционален давления газа, поскольку X ~ 1 / р, и прямо пропорционален квадратному корню из температуры.
При выводе формулы (5.18) не принималась во внимание диффузия второго компонента, которая также происходит. Она не может не влиять на диффузию заданной компоненты.
Явление диффузии, которое мы только что рассмотрели, возникает тогда, когда в газе существует разница (градиент) концентрации любой компоненты. Процесс диффузии при этом приводит к исчезновению градиента и превращает неоднородную газовую смесь в однородную.
Кроме такой «концентрационной» диффузии существует также диффузия, что называется термической диффузией (термодиффузии), которая приводит к противоположному результату - к частичному разделение однородной газовой смеси и превращение ее в неоднородную. Это явление теоретически предсказано 1911 p., А экспериментально обнаружено 1917 Явление термодиффузии заключается в том, что разница температур в однородной газовой смеси приводит к возникновению разности концентраций компонент смеси в направлении уменьшения температуры.
Существует еще один вид диффузии, который называется барочной диффузией (бародифузиею). Она возникает в газовой смеси под действием разности давлений. Бародифузия также предусматривает разделение газовых смесей. Этот метод, однако, не нашел практического применения.