擴散現象的本質是什麼?

如題,擴散現象的本質的本質教科書上說的是物質從高濃度到低濃度的空間遷移,但是為什麼物質會從高濃度像低濃度遷移呢?遷移有諸如:引力、壓強、能量等條件嗎?


樓上說了熵增原理,但他不想說為什麼。舉個通俗的(可能不準確的)例子,一個5×5二十五平米的房間,我抓來十隻雞 ,把它們都放在房間右下角一平米的空間里,然後讓它們隨便跑,我離開房間。

我們假設,每隻雞是隨便亂跑的(前後左右,就不上下了,它不會飛我們方便一些),雞沒有社群性(每隻雞是獨立的,不扎堆),雞之間唯一可能的相互作用是物理碰撞,雞碰到牆壁以後就調頭(不是順著牆壁走什麼的)。媽的,我就說這個例子不好,說的反而更複雜了;然而字都打了,就這樣吧,反正可以假設- -!

那我們把雞放在房間里,過一天後再來看它們(當然它們沒有餓死),它們最有可能的分布情況是怎樣的呢?當然是均勻隨機分布在二十五平米的房間里啦!

所以說,一切都是統計學規律呀!我們用雞和房間替代了分子和容器來模擬擴散現象,道理是一樣的,分子每時每刻都在做無規則運動,而這個個體「無序」在宏觀上的最終表現,就是統計學意義上的「均勻分布」。


存在化學勢的差異


擴散現象的本質是熵增原理。

請不要問我熵增原理是什麼。


擴散的本質是原子依靠熱運動從一個位置遷移到另一個位置。(擴散是固體中原子遷移的唯一方式;對於液體來說,還可能有對流傳質過程)。擴散過程是傳質過程,它是一個不可逆過程,也是體系熵增過程。


擴散本質推動力是化學勢差,你看到的從高濃度向低濃度擴散只是一種情況,是下坡擴散;其實還有一種上坡擴散,就是從低濃度向高濃度擴散,推動力也是化學勢差

至於化學勢是啥,本質就是自由能


我覺得可能的原因還是擴散源作為大分子時,大分子運動隨機運動碰撞的結果,向濃度小的方向運動 所收到的來自這個方向的大分子相互碰撞受到的阻力概率更小,收到來自濃度濃的區域的碰撞概率更大,促使其所受來自兩邊的力,動量也不同,所以引起這個變化。


封閉系統的穩態對應可能的微觀狀態數最多。

假設總共是三個分子abcd,有濃度差對應的微觀態有

abc d

bcd a

cda b

而均勻分布的可能微觀態數有

ab cd

ac bd

ad bc

bc ad

bd ac

顯然,有五種可能微觀分布對應宏觀狀態是均勻的

三種微觀分布對於宏觀狀態是具有濃度差的

並且隨著分子數的增加,兩者對應的微觀狀態數差距急劇增大

假定所有的微觀分布是等概率的

分子在無規則的熱運動下必然會達到概率大的,也就是宏觀分布是均勻的狀態。


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