DIFFUSI KONSENTRASI DAN GAYA PENGGERAK
CONCENTRATION DIFFUSION AND DRIVING FORCES
Dalam Bab 17, kita menuliskan hukum Fick yang pertama dengan menyatakan bahwa fluks massa (atau molar) sebanding dengan gradien fraksi massa (atau mol). Di sisi lain, dalam persamaan 24.2-10 tampaknya termodinamika proses yang tidak dapat diubah mengharuskan penggunaan gradien aktivitas sebagai gaya penggerak untuk difusi konsentrasi.
Dalam bagian ini, kita menunjukkan bahwa baik gradien aktivitas maupun gradien fraksi massa (atau mol) dapat digunakan sebagai gaya penggerak, tetapi setiap pilihan memerlukan difusivitas yang berbeda. Kedua difusivitas ini saling terkait, dan kita mengilustrasikan ini untuk campuran biner.
Ketika kita mengabaikan istilah difusi tekanan, difusi termal, dan difusi paksa dari persamaan 24.2-10, kita mendapatkan:
Ini dapat dituliskan kembali dengan memanfaatkan fakta bahwa koefisien aktivitas adalah fungsi dari x_{A} untuk memperoleh:
Aktivitas dapat dituliskan sebagai hasil kali koefisien aktivitas dan fraksi mol sehingga:
Jika campurannya “ideal,” maka koefisien aktivitas sama dengan satu, dan persamaan 24.3-3 menjadi sama dengan persamaan (B) dari Tabel 17.8-2, sehingga
Jika campuran tersebut “nonideal,” maka kita dapat mengekspresikan difusivitas biner D_{AB} sebagai:
maka persamaan 24.3-2 dan 24.3-3 menjadi:
yang merupakan salah satu bentuk hukum Fick (lihat persamaan (B) Tabel 17.8-2). Untuk mengukur diperlukan pengukuran aktivitas sebagai fungsi konsentrasi, dan untuk alasan ini
belum populer.
Untuk campuran ideal, identik, dan hampir merupakan fungsi linier dari fraksi mol seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 24.3-1. Untuk campuran nonideal,
adalah fungsi nonlinear yang berbeda dari fraksi mol; contoh ditunjukkan dalam Gambar 24.3-2. Namun, produk
telah ditemukan untuk beberapa campuran nonideal sangat mendekati linier dalam fraksi mol, sedangkan
tidak (lihat Gambar 24.3-3). Tidak ada alasan yang kuat untuk lebih memilih satu difusivitas dibandingkan yang lain. Sebagian besar difusivitas yang dilaporkan dalam literatur adalah