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(最新整理)第七章气体在固体中的溶解与扩散2021/7/261

气体在固体中的溶解和扩散2021/7/262

气体在固体中的溶解和扩散气体分子的溶解与渗透溶解由两种或两种以上物质所组成的均匀体系叫做“溶体”。溶体中含量较多的成分称为“溶剂”，其余称为“溶质”。溶剂可以是液体，也可以是气体、固体；溶质可以是固体，也可以是气体、液体。渗透和渗透率由于在真空容器器壁两侧的气体总是存在压力差，即使固体壁面材料上存在的微孔小到足以阻止正常气体通过，但任何固体材料总是或多或少地渗透一些气体。气体从密度大的一侧向密度小的一侧渗入、扩散、通过、和逸出固体阻挡层的过程成为渗透。这种情况下气体的稳态流率称为渗透率。气体溶质溶解于固体溶剂中的情况从微观的角度来看，气体溶解于固体的过程可分为五个步骤：吸附在高压侧，气体分子吸附在固体表面上；离解吸附的气体分子有时在固体表面上离解为原子态；溶解气体在固体表层达到与环境气压相对应的溶解浓度；扩散由于表层浓度比较高，在浓度梯度的作用下气体分子(或原子)向固体深部扩散，直到浓度均匀为止；脱附溶质气体扩散到器壁的另一面重新结合成分子后释放（或气体扩散到器壁的另一面后解吸和释出；2021/7/263

气体在固体中的溶解和扩散扩散速度与溶解度溶解和渗透速度一般由扩散速度所决定，而最终固体材料可溶解的气体量则取决于溶解度。扩散速度——研究溶解（或解溶）的动力学参量表示溶解（或解溶）没有达到平衡时的进行速度，研究扩散可以知道固体材料吸收或放出气体的速度。与渗透气体及壁面材料的种类和性质有密切关系；溶解度——研究溶解的静力学参量在一定温度、一定气压下，固体能溶解气体的饱和浓度，称为该温度及气压下的“溶解度”。溶解度表示材料内溶解达到动态平衡时所溶解的气体量，研究溶解度可以知道各种固体材料在一定条件下能溶解多少气体；影响溶解度的因素从宏观来看，溶解度与气体一固体组合的性质、气体压强、温度有关。气体在固体中的溶解度——近似有理想溶体的性质如果溶解时各物质成分能以任何比例互溶，体积有可加性，没有热效应发生，则形成的溶体称为“理想溶体”当溶质浓度很小时，许多实际溶体表现得很像理想溶体。气体在固体中的溶解度一般是很小的，因此近似有理想溶体的性质。2021/7/264

气体在固体中的溶解和扩散影响溶解度的因素环境气压对溶解度的影响（亨利定律）根据理想溶体的规律，在一定温度下，气体在固体中的溶解度与环境气体压强成正比。如果环境气氛是多种成分的气体混合物，则每一气体成分的溶解度与相应的气体分压成正比。这个规律称为亨利定律C—气体在固体中的溶解度(cm3(标准状况)／cm3)S—一个大气压下的气体溶解度(cm3(标准状况)／cm3atm)P—环境气体压强(atm)双原子气体分子在金属中溶解时往往离解成原子态，X2（气相）?2X（在金属材料中的溶解相）j为离解度（分子不离解时j=1,离解为原子态时j=1/2）1:H2-Ni(1123℃)2:H2-Fe(900℃)3:H2-Cu(930℃)温度对溶解度的影响气体分子在固体中溶解时,分子的相互作用使状态发生变化，因此有热效应发生，所以溶解度和温度有关。在一定压强下，溶解度和温度的关系为S0—溶解度常数，相当于温度T??时的溶解度；qs—溶解热，J/mol;溶解时有吸热效应的，qs为正值，溶解度随温度升高而增加；溶解时有放热效应的，qs为负值，溶解度随温度升高而降低；2021/7/265

气体在固体中的溶解和扩散影响溶解度的因素溶解度C是环境气体压力P和固体材料温度T的函数当气压不变时lgC与1/T呈直线关系气体-固体配组的性质对溶解度的影响金属类金属是晶体结构，溶质溶解于金属有两种情况：间隙固溶体—溶质跑到了金属晶格的空隙中；置换式固溶体—金属晶格的原子位置被外来原子所代替；H/nmO/nmN/nmR分子0.2750.3640.375R原子0.0560.1320.142aFe=0.286nm影响溶解度的其他因素气体原子外层电子的分布（影响气体-金属间的亲和力）；金属内所含杂质及其分布；金属晶粒的大小和取向；金属的金相结构;实际金属晶体的晶格缺陷(如空位、脱位原子、位错等)溶解于金属的气体金属表层含有大量的水蒸气（物理吸附/吸收在金属表面的多孔氧化膜内)金属体内所含的气体通常是氢、氮、氧、一氧化碳、二氧化碳而没有水蒸气，(在熔炼过程中吸收、吸留/气体与金属反应形成化合物而存留于金属之中的)。金属体内的气体含量折合为标准状况下的气体体积数，大约为金属自身体积的10％?100％2021/7/266

气体在固体中的溶解和扩散气体-固体配组的性质对溶解度的影响非金属类塑料、橡胶类：结构疏松，微观孔