Diffuziya

Diffuziya-turli xil atomlar yoki molekulalar bir jinsli bo’lmagan konsentratsiyasining o’z-o’zidan baravarlashishi. Agar idishga turli gazlar porsiyalarini kiritsak, birmuncha vaqt o’taganda so’ng barcha gazlar bir tekis aralashadi: idishning hajmi birligida har bir xil molekulalar soni o’zgarmay qoladi, konsentratsiya barvarlashadi. Agar suv bilan siyohni ingichka (konvektsiya bo’lmasligi uchun) probirkaga, kapillyarga ehtiyotkorlik bilan solinsa, avval aniq bo’lgan ajralish chegarasi yoyila boshlaydi va oxir oqibatda suyuqliklar aralashib ketadi. Agar qattiq jismlar bir-birida erisa, ularning atomlari ham aralashadi. Faqat bu prosess ancha sekin kechadi, shuning uchun qattiq jismlardagi diffuziya faqat o’tgan asrning oxiridagina birincha marta kuzatiladi.

O’zaro aralashib ketish atomlar yoki molekulalar (yoki boshqa zarralar) ning tartibsiz daydishi natijasidir. Bu hodisa zarralarning issiqlik harakatlari tufayli amalga oshadi.

Diffuziya vaqtida zarralarning harakati mutloq tasodifiydir: zarraning navbatdagi siljish yo’li ixtiyoriydir, siljishning barcha yo’nalishlari teng ehtimollidir.

Ma’lumki, tartibsiz harakatda alohida zarraning t vaqt ichida o’tadigan siljishini avvaldan aytish mumkin emas: zarralardan biri o’z joyidan deyarli qo’zg’almaydi, boshqalari esa anchagina uzoqqa ketishi mumkin. Faqat barcha zarralarning o’rtacha siljishi to’g’risidagina gapirish mumkin. Bu masala zararalarning Broun harakatlariga nisbatan birinchi marta 1905 yilda A. Eynshteyn tomonidan va bir yil keyin polyak fizigi M. Smoluxovskiy tomonidan hal qilindi. Ma’lum bo’lishicha, diffuziya yo’li, ya’ni diffuziyada dastlabki vaziyatdan siljish, diffuziya vaqtidan olingan kvant ildizga proportsional bo’lar ekan: Xdiff  bu yerda D-diffuziya koeffitsenti.

Diffuziyada modda ko’chishining yuzaga kelishi turli moddalar konsentratsiyasining o’z-o’zidan baravarlashishiga olib keladi. A xil atomlar (yoki molekulalar) o’zlari kam bo’lgan va V xil atomlar (yoki molekulalar) ko’p bo’lgan tomonga siljiydi va aksincha. Natijada gazlar, suyuqliklar va qattiq jismlarning diffuzion aralashishi sodir bo’ladi.

Konsentratsiya farqi diffuziyani harakatlanuvchi kuch bo’ladi. Agar konsentratsiya hamma joyda birday bo’lsa, moddaning diffuzion ko’chishi bo’lmaydi. Zarralar harakatlanadi, daydiydi, biroq ko’chish sodir bo’lmaydi. Bir xil zarralardan tashkil topgan gaz atomlarining daydishi, ya’ni o’ziga o’xshash atomlar orasidagi harakati bunga misol bo’ladi. Bunday prosess o’zdiffuziya deyiladi. O’zdiffuziyani radioaktiv izotoplar yordamidagina o’rganish mumkin. Izotoplar deb ayni bir elementning turli massali, biroq atom yadrosining zaryadlari birday bo’lgan atomlariga aytiladi. Radioaktiv izotop atomlari xuddi shu elementning radioaktiv bo’lmagan atomlaridan ximiyaviy ma’noda farq qilmaydi, biroq radioaktiv nurlanadi va o’zini kuzatishga imkon beradi (Radioaktivlik). O’zdiffuziya-izotop tarkib bir jinsli emasligining baravarlashishi.

Albatta, diffuziya natijasida konsentratsiyalarning baravarlashishi tashqi kuchlarsiz ro’y beradi. Konsentratsiyalar farqi temperaturalar farqi bilan birga bo’lganda, elektr maydonida yoki og’irlik kuchi katta bo’lganida (balandliklar farqi katta bo’lganida) mavjud bo’lsa, konsentratsiyalarning baravarlashishi shart emas. Balandlik ortishi bilan havo zichligining kamayishi bunga misol bo’lishi mumkin.

Diffuziya koeffitsiyenti D diffuzion aralashishiga sabab bo’luvchi issiqlik harakatining intensivligini xarakterlaydi. Diffuziya koeffitsiyentlar kattaligi gazlar 10^-5> m²/s ni, suyuqliklarda 10^-9> m²/s ni tashkil etadi, shu bilan birga, bu ikkila kattalik temperatura ortishi bilan birozgina kattalashadi. Ulardan farqli ravishda, qattiq jismlarning diffuziya koeffitsiyentlari temperatura ortish bilan eksponentsial ortadi (y=e^x formulaga muvofiq). Erish temperaturasi T_er yaqinida barcha qattiq metallarning o’zdiffuziya koeffitsiyentlari taxminan birday bo’lib, 10^-12 m²/s ni tashkil etadi. Diffuziya yo’li  ga yaqin bo’lgani uchun D=10^-12 m²/s , bo’lganida bu yo’l uzunligi sutkasiga 0,3 mkm ni tashkil qiladi.

Temperatura pasayganida turli metallarning o’zdiffuziya koeffitsiyentlari bir xil T/T_er da taxminan birday qoladi; bu nisbat o’xshash temeratura deb ataladi. T/T_er » 0,5 D» 10^-19 m²/s bo’lganida diffuziya yo’li sutkasigi 0,1 mkm dan kamroq bo’ladi.

Shunday qilib, diffuziya suyuqlik va gazlardagiga qaraganda qattiq jismlarda ancha sekin ro’y beradi. Gap shundaki, gazlar va suyuqliklarda zarralar issiqlik harakatining asosiy turi ularning aralashishiga olib keladi qattiq jismlarda, kristallarda esa atomlar panjara tugunlarining muvozanat vaziyati atrofida kichik tebranishlarda bo’lgani uchun bu aralashishga olib kelmaydi.

Diffuziya prosesslari materiallarni, ayniqsa, qattiq holatda olishda va ularga ishlov berishning barcha bosqichlarida nihoyatda muhimdir. Diffuziya sof metallar va metall qotishmalarida, oqsidlar va karbidlarda, dielektrik va yarim o’tkazgichlarda temperaturaning keng diapazonida va tashqi sharoitda sodir bo’ladi. Xuddi shu qattiq jismlardagi diffuziya payvandlash, kavsharlash, xromlash, nikellash, kukunlarni qizdirish singari prosesslarda metallarning birikishini ta’minlaydi, ularning qattiqligi, mustaqilligini va olovga chidamliligini oshirishga imkon beradi.