分子扩散

2026年09月25日 06:47

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在大多数地质问题中，人们不得不处理小分子的扩散。这些小分子可能是中性物质，如N₂、O₂、CO₂和H₂S或离子物质，如Ca²⁺、

、H⁺、OH^-及其他许多离子。所有这些小分子的扩散均在10^-5cm²·s^-1的数量级上。表3.1列出了温度在0～25℃之间范围内不同离子的分子扩散系数，从表中可以看出，随温度的升高扩散系数增大。H⁺和OH^-的扩散系数比其他离子高5～10倍，而有些金属离子却比平均值低2倍左右（Li＆Grego-ry，1974）。

因此，如果CaCl₂溶解于水中，根据表3.1可知，Cl^-将比Ca²⁺更快地进入溶液。然而，如果真发生这一情况，那么，将发生电荷的分离。这势必产生电场阻碍Cl^-的运动、加强Ca²⁺的移动性，以保持溶液的电中性。所以两离子的扩散被捆绑在一起。它可用相同的扩散系数（即两者的平均值）进行刻画。

对于二元电解液（A^+Z+）V⁺（B^-Z-）V^-（Z±表示离子电荷，V±表示某化学计量系数），共同的扩散系数为

岩溶作用动力学与环境

此公式首先是由Nernst获得的，一些标准的教科书，如Jordan（1979）对它进行了推导。应指出的是扩散系数还取决于离子的浓度。然而在实际的地下水中，离子浓度的影响很小，可以忽略不计。对于液相溶液中的气体，扩散常数在1×10^-5～2×10^-5cm²·s^-1之间（Lerman，1979）。

表3.1 岩溶水中各组分的分子扩散系数（10^-6cm²·s^-1）

①据Landolt-Boernstein，1969；其他据Li＆Gregory，1974。