擴散(diffusion)

擴散(diffusion)
台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

擴散(diffusion)是由於粒子（原子、分子及離子等）的無規則運動(熱運動)而產生從高濃度區域向低濃度區域轉移的質量遷移(mass transfer)現象。擴散主要是由於空間中兩區域的密度差所引起的，粒子彼此碰撞並不斷的移動，直到粒子在兩區域中均勻分佈的現象。在擴散過程中，粒子的遷移方向不是單一性，但是密度大的區域向密度小的區城遷移的粒子數，會多於密度小的區域向密度大的區域遷移的分子數。擴散現象屬於自發性過程(spontaneous process)，造成系統的亂度增加，擴散現象證實一切物體的組成粒子都在不停地運動著。 　　

固體組成粒子間的作用力很大，絕大多數粒子只能在各自位置附近振動。固體會發生擴散的原因，是因為一定溫度下，固體裡也總有一些粒子的速度較大，具有足夠的能量脫離平衡位置。這些粒子不僅能從一處移到另一處，而且有的還能進入相鄰的其他固體。如果把兩塊不同的金屬緊壓在一起，經過較長時間後，每塊金屬的接觸面內部都可發現另一種金屬的成份。固體的擴散在金屬表面處理和半導體材料生產上很有用處，例如鋼件的表面滲入碳可大大提高鋼件的硬度，鋼件的表面滲入鋁可大大提高鋼件的耐熱性，在半導體製程中利用擴散法滲入微量的雜質，以改變半導體材料的導電性質。 　　

液體的擴散速度大於固體，這是因為液體組成粒子除振動外，粒子還會發生移動。用密度不同的同種氣體實驗，擴散也會發生，其結果是整個容器中氣體密度處處相同。氣體的擴散速度遠遠大於液體和固體，這是因為溫度越高，粒子運動就越激烈。而且氣體粒子之間幾乎沒有束縛的作用力，使氣體粒子的移動速率都非常快。 在 0 ℃時空氣分子的平均速率約為每秒400公尺。但是由於極為頻繁的粒子間碰撞，使得氣體粒子速度的大小和方向時刻都在改變，因此氣體粒子沿一定方向遷移的速率就相當慢，所以氣體擴散速率會比氣體分子運動速率要慢得多。在同溫、同壓下，氣體的擴散速率與氣體之分子量的平方根成反比，此稱為格雷姆擴散定律(Graham’s law of diffusion)。

 參考資料： http://encyclopedia.thefreedictionary.com/diffusion
http://sdfz.tongbuedu.com/Raisingcenter/studybook/wuli…A1.htm