Difusivitas dan Mekanisme Transportasi Massa
Diffusivity and the Mechanisms of Mass Transport
Pada Bab 1, kita memulai dengan menyatakan hukum viskositas Newton, dan pada Bab 9 kita memulai dengan hukum konduksi panas Fourier. Dalam bab ini, kita memulai dengan memberikan hukum difusi Fick, yang menjelaskan pergerakan satu spesies kimia A melalui campuran biner A dan B karena adanya gradien konsentrasi A.
Pergerakan spesies kimia dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah dapat diamati dengan menjatuhkan kristal kecil kalium permanganat ke dalam gelas berisi air. KMnO₄ mulai larut dalam air, dan sangat dekat dengan kristal terbentuk larutan pekat berwarna ungu tua. Karena gradien konsentrasi yang terbentuk, KMnO₄ berdifusi menjauh dari kristal. Perkembangan difusi ini dapat diikuti dengan mengamati pertumbuhan daerah berwarna ungu tua.
Dalam §17.1, kita memberikan hukum Fick untuk difusi biner dan mendefinisikan difusivitas **D_AB** untuk pasangan A-B. Kemudian kita membahas secara singkat ketergantungan difusivitas terhadap suhu dan tekanan. Setelah itu, kita memberikan ringkasan teori-teori yang tersedia untuk memprediksi difusivitas gas, cairan, koloid, dan polimer. Pada akhir bab, kita membahas transportasi massa spesies kimia dengan konveksi, sehingga paralel dengan pembahasan pada Bab 1 dan 9 mengenai transfer momentum dan panas. Kita juga memperkenalkan satuan molar dan notasi yang diperlukan untuk mendeskripsikan difusi dalam satuan ini. Akhirnya, kita memberikan persamaan Maxwell-Stefan untuk gas multikomponen pada densitas rendah.
Sebelum memulai diskusi, kita menetapkan konvensi berikut. Untuk difusi multikomponen, kita menunjuk spesies dengan huruf Yunani kecil α, β, γ, … dan konsentrasi mereka dengan subskrip yang sesuai. Untuk difusi biner, kita menggunakan huruf kapital miring A dan B. Untuk difusi diri (difusi spesies yang identik secara kimia), kita memberi label spesies A dan A*. Spesies “bertanda” A* mungkin berbeda secara fisik dari A karena sifat radioaktif atau sifat nuklir lainnya seperti massa, momen magnetik, atau spin. Penggunaan sistem notasi ini memungkinkan kita untuk dengan cepat melihat jenis sistem yang digunakan dalam rumus tertentu.
Sub-bab yang akan di bahas dalam bab 17, adalah:
- Hukum difusi biner Fick (Transportasi Massa Molekuler)
- Dependensi Suhu dan Tekanan terhadap Difusivitas
- Teori difusi pada gas dengan densitas rendah
- Teori difusi pada cairan biner
- Teori difusi pada suspensi koloid
- Teori difusi polimer
- Transportasi massa dan molar dengan konveksi
- Ringkasan fluks massa dan molar
- Persamaan Maxwell-Stefan untuk difusi multikomponen pada gas dengan densitas rendah