[科普中国]-扩散现象

扩散现象是指物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移直到均匀分布的现象，速率与物质的浓度梯度成正比1。扩散是由于分子热运动而产生的质量迁移现象，主要是由于密度差引起的。分子热运动目前认为在绝对零度不会发生。扩散现象等大量事实表明，一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。

释义扩散现象是指当两种物质相接触时，物质分子可以彼此进入对方的现象。

气体分子热运动的速率很大，分子间极为频繁地互相碰撞，每个分子的运动轨迹都是无规则的杂乱折线。温度越高，分子运动就越激烈。在0℃时空气分子的平均速率约为400米/秒，但是，由于极为频繁的碰撞，分子速度的大小和方向时刻都在改变，气体分子沿一定方向迁移的速度就相当慢，所以气体扩散的速度比气体分子运动的速度要慢得多。

固体分子间的作用力很大，绝大多数分子只能在各自的平衡位置附近振动，这是固体分子热运动的基本形式。但是，在一定温度下，固体里也总有一些分子的速度较大，具有足够的能量脱离平衡位置。这些分子不仅能从一处移到另一处，而且有的还能进入相邻物体，这就是固体发生扩散的原因。固体的扩散在金属的表面处理和半导体材料生产上很有用处，例如，钢件的表面渗碳法(提高钢件的硬度)、渗铝法(提高钢件的耐热性)，都利用了扩散现象；在半导体工艺中利用扩散法渗入微量的杂质，以达到控制半导体性能的目的。温度越高，分子热运动越快。

液体分子的热运动情况跟固体相似，其主要形式也是振动。但除振动外，还会发生移动，这使得液体有一定体积而无一定形状，具有流动性，同时，其扩散速度也大于固体。

扩散现象说明了：一切物体的分子都在不停地做无规则运动。分子之问有间隙。

影响扩散快慢的冈素：扩散的快慢程度与温度有关，温度越高，扩散得越快。由于分子运动的剧烈程度与温度有关，分子永不停息的无规则运动义叫作分子的热运动2。

物理意义将装有两种不同气体的两个容器连通，经过一段时间，两种气体就在这两个容器中混合均匀，这种现象叫做扩散。用密度不同的同种气体实验，扩散也会发生，其结果是整个容器中气体密度处处相同。在液体间和固体间也会发生扩散现象。例如清水中滴入几滴红墨水，过一段时间，水就都染上红色；又如把两块不同的金属紧压在一起，经过较长时间后，每块金属的接触面内部都可发现另一种金属的成份。

在扩散过程中，气体分子从密度较大的区域移向密度较小的区域，经过一段时间的掺和，密度分布趋向均匀。在扩散过程中，迁移的分子不是单一方向的，只是密度大的区域向密度小的区城迁移的分子数，多于密度小的区域向密度大的区域迁移的分子数。

实质扩散现象的微观机理可以这样理解，当气体内部各部分的密度不均匀时，在分子热运动的过程中，从密度大的地方扩散到密度小的地方的分子数大于从密度小的地方扩散到密度大的地方的分子数，这种交换的结果是气体的质量由密度大的地方向密度小的地方输运，即扩散现象在微观上是气体分子在热运动过程中输运质量的过程3。由于不同空间区域的分子密度分布不均匀，分子发生碰撞的情况也不同。这种碰撞迫使密度大的区域的分子向密度小的区域转移，最后达到均匀的密度分布。

分子热运动分子的无规则运动，称为热运动。

所谓“无规则运动”，是指由于分子之间的相互碰撞，每个分子的运动速度无论是方向还是大小都在不断地变化，标准状况下，一个空气分子在1s内与其他空气分子的碰撞达到65亿次之多．所以大量分子的运动是十分混乱的。

1、一切物质的分子都在不停地做无规则的运动，这种无规则运动叫做分子的热运动。

2、任何物质的分子在任何时候都在不停地做无规则运动。

3、扩散现象不仅证明了分子处在永不停息的运动中，也证明了分子间存在着空隙。

4、影响因素：温度越高，分子运动越剧烈，扩散现象越明显。

本词条内容贡献者为:

李健 - 副教授 - 重庆邮电大学