Подъемная диффузия в многокомпонентных смесях

Молекулярная диффузия — повсеместное явление, имеющее важное значение в самых различных химических, физических и биологических контекстах. В большинстве случаев процесс диффузии адекватно описывается законом Фика, который постулирует линейную зависимость между потоком любого компонента и его собственным градиентом концентрации. Чаще всего компонент диффундирует по направлению убывания концентрации. Основная цель настоящего обзора — подчеркнуть широкий спектр ситуаций, приводящих к подъёмному переносу одного из компонентов в смеси. Подъёмная диффузия может возникать в многокомпонентных смесях, где потоки диффузии разных компонентов сильно связаны друг с другом. Такие эффекты связи часто обусловлены выраженной термодинамической неидеальностью. Для количественного описания в качестве движущих сил необходимо использовать градиенты химического потенциала. Перенос ионов в водных растворах связан с переносом контр-ионов из-за ограничений электролитической нейтральности; такие ограничения могут ускорять или замедлять движение конкретного иона. При возникновении подъёмной диффузии наблюдаются временные превышения при установлении равновесия, а процесс выравнивания следует змееобразным траекториям в пространстве составов. В смесях жидкостей, сплавов, керамики и стекол эти змееобразные траектории могут приводить к попаданию в метастабильные зоны состава; такое попадание может вызывать явления, такие как спинодальная декомпозиция, спонтанная эмульсификация и эффект Ouzo. При перегонке многокомпонентных смесей, образующих азеотропы, подъёмная диффузия может позволять пересекать границы перегонки, которые в обычных условиях недоступны. При разделениях смесей с помощью микропористых адсорбентов подъёмная диффузия может приводить к сверхравновесным загрузкам в ходе временного захвата внутри кристаллов, что дает возможность превзойти равновесие адсорбции для достижения трудных разделений.