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滲透作用和擴散作用

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滲透作用和擴散作用

文章插圖
擴散作用是指在驅動力的作用下物質(原子、離子、分子)的轉移過程 。在巖漿熔體中，擴散作用是由于相鄰部分溫度上的差異引起的 。
滲透作用（Osmosis）指兩種不同濃度的溶液隔以半透膜（允許溶劑分子通過，不允許溶質分子通過的膜），水分子或其它溶劑分子從低濃度的溶液通過半透膜進入高濃度溶液中的現象 ?；蛩肿訌乃畡莞叩囊环酵ㄟ^半透膜向水勢低的一方移動的現象 。
擴展資料：
滲透作用的發生：
（1）若S1溶液濃度>S2溶液濃度，則單位時間內由S2→S1的水分子數多于S1→S2，外觀上表現為S1液面上升 。
（2）若S1溶液濃度<S2溶液濃度，則情況相反，外觀上表現為S1液面下降 。
（3）在達到滲透平衡后，若存在如圖所示的液面差△h，則S1溶液濃度仍大于S2溶液濃度 。
參考資料來源：
百度百科-滲透作用
百度百科-擴散作用
普通擴散作用(diffusion)即可導致明顯的同位素分餾 。一般來說，輕同位素更易于遷移，因此擴散作用能夠導致輕同位素和重同位素的分異 。就氣體而言，擴散系數的比值等于其分子量平方根的倒數 。例如，對于分子量為44和45，即12C16O16O和13C16O16O的CO2分子的中碳同位素，使兩種同位素分子的動能 相等，經計算可得兩種分子的速率比等于45/44的平方根(即1.01) 。若不考慮溫度因素，在同一系統中，12C16O16O分子的平均速率較13C16O16O分子的平均速率高1% 。但這一同位素效應或多或少地限于理想氣體，因為理想氣體中的分子碰撞較少，分子間的力可以忽略 。比如，由擴散運動導致的土壤CO2的碳同位素分餾效應估算為4‰左右(Cerling，1984Hesterberg ＆ Siegenthaler，1991) 。
與普通擴散作用明顯不同，熱擴散(thermal diffusion)過程的溫度梯度將產生質量轉移 。質量差異越大，由熱擴散引起的兩種同位素分子的分離趨勢越明顯 。Severinghaus et al.(1996)提出了熱擴散實例，他觀察到相對于自由大氣層(free atmosphere)，沙丘空氣中的15N和18O出現少量虧損 。這與土壤不飽和區域中較重同位素應因重力沉降而富集的預期結果相背離 。這種由熱引起的擴散同位素分餾效應還出現在冰心的氣泡中(Severinghaus et al.，1998Severinghaus ＆ Brook，1999Grachiev ＆ Severinghaus，2003) 。Richeter(2007)曾報道過，極高溫度下的熱擴散引起了明顯的同位素分餾 。觀測結果顯示，熔融玄武巖僅僅150℃的溫度變化即可影響26Mg/24Mg8‰的分餾 。Richter et al.(1999，2003)較早在熔融玄武巖和流紋巖之間進行的擴散實驗也證明了Li、Ca和Ge(用來替代Si)出現了明顯的同位素分餾 。尤其是對于Li，高溫下的擴散作用是其同位素分餾最重要的影響因素 ( 參看第 2. 2 部分)。一般認為，溫度超過 1000℃，同位素分餾可以忽略不計，但是從鋰的同位素分餾效應來看，我們應該重新審視這一觀點 。
在液相和固相中，控制熱擴散的因素更為復雜 。固態擴散 ( solid state diffusion) 的概念通常涉及體積擴散和擴散機制的內容 。在固態擴散過程中，原子沿易于擴散的路徑 ( 如晶粒間界面和表面) 發生移動 。擴散-滲透實驗顯示沿晶粒間界面的擴散速率顯著增強，比體積擴散 ( volume diffusion) 要高出幾個數量級 。因此，晶粒間界面可作為快速交換的途徑 。體積擴散由元素或同位素在晶格 ( crystal lattice) 中隨機熱運動形成，并取決于晶格中的質點缺陷 ( point defect) ，如晶格內的空位或填隙原子 。
元素或同位素通過介質擴散的通量 ( F) 與濃度梯度 ( dc/dx) 成一定比例關系:
穩定同位素地球化學( 第六版)
式中: D 為擴散系數，“－ ”表示濃度梯度具有負斜率，如元素或同位素從高濃度點向低濃度點移動 。擴散系數 ( D) 隨溫度的變化可依據阿侖尼烏斯關系式 ( Arrhenius relation) 表示:
穩定同位素地球化學( 第六版)
式中:D0為與溫度無關的系數Ea為活化能R為氣體常數T為絕對溫度e為常用對數底數 。
近年來，人們對確定擴散系數進行了諸多嘗試，最常用的方法是次級離子質譜分析法(SIMS，secondary ion masss pectrometry) 。該分析法是將晶體置于重同位素化合物極其富集的溶液或氣體中，然后測量同位素組成 。實驗表明，同位素組成是晶面以下深度的函數 。
對多數礦物說，在較大溫度范圍內，擴散系數的對數值與溫度的倒數成線性關系 。不同礦物的阿侖尼烏斯(Arrhenius)曲線如圖1.5所示，圖中顯示了不同礦物的擴散系數 。在實際應用中，巖石中的各種礦物以不同的速率交換氧，從而形成在不同溫度下交換同位素的封閉體系 。當一種巖石從熱事件的最高溫度逐漸冷卻時，交換礦物之間同位素分餾的量級將逐漸增加 。共生礦物(coexisting mineral)在較低溫度下達到平衡的速率受各礦物間體積擴散速率的限制 。

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