Chimie des solides
395
c) Diffusion chimique (loi de Pick) Considerons une plaque
metallique, par exemple du fer, portee a haute temperature dans 1'air.
Cette plaque, initialement exempte d'oxygene, va d'abord s'oxyder en
surface. La presence d'oxygene superficiel et son absence au centre de
la plaque creent, dans le metal, un gradient de concentration en
oxygene. L'existence de ce gradient de concentration VC O induit un
flux d'oxygene JQ (en mole. cm"
2
. s"
1
) de la surface vers le centre et qui
a pour expression :
D 0 est le coefficient de diffusion de 1'oxygene dans le fer ou la concentration C o de 1'oxygene n'est pas uniforme et constante.
On peut constater, de maniere generate, que les flux s'expriment sous
la forme du produit d'une constante par un gradient, I'ensemble etant
affecte du signe moins. Cela signifie que les flux s'effectuent en sens
inverse des gradients qui sont a 1'origine de ces transports. Les entites
(chaleur, electrons, atonies) se deplacent de 1'endroit ou le potentiel est le
plus eleve vers 1'endroit ou il est le moins eleve. Les lois experimentales,
traduites par une relation lineaire entre un flux et la cause de ce flux, qui
est le gradient d'une variable intensive, sont appelees relations
phenomenologiques. On ecrira ainsi, pour un processus elementaire
(flux du a une seule cause) :
Xj est la force qui cree ce flux J { et L^ est un coefficient phenomenologique. On dit que Jj et Xj sont un flux et une force conjugues. (On verra
par la suite le sens du double indice ii de L^.)
2 Processus complexes. Coefficient de couplage
Dans certains cas, il peut y avoir apparition de deux ou plusieurs
processus simultanes, dus au fait que 1'existence d'un gradient induit
1'apparition d'autres gradients. Considerons, par exemple, le dispositif
represente sur la figure 10.1. II comporte un recipient, conducteur thermique aux deux extremites (1) et (2), soumises a deux temperatures T x et
T 2 > TV La partie centrale est isolee thermiquement de 1'exterieur et contient de 1'eau liquide en equilibre avec sa vapeur. Le potentiel chimique
de 1'eau en T 2 est alors superieur a sa valeur en T 1? en particulier la pression de vapeur d'eau est plus elevee en (2) qu'en (1). II va done y avoir un
flux de vapeur d'eau de (2) vers (1). On dit qu'il y a couplage entre le
flux de chaleur et le flux de matiere. Citons quelques exemples concrets
de couplage.
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c) Diffusion chimique (loi de Pick) Considerons une plaque
metallique, par exemple du fer, portee a haute temperature dans 1'air.
Cette plaque, initialement exempte d'oxygene, va d'abord s'oxyder en
surface. La presence d'oxygene superficiel et son absence au centre de
la plaque creent, dans le metal, un gradient de concentration en
oxygene. L'existence de ce gradient de concentration VC O induit un
flux d'oxygene JQ (en mole. cm"
2
. s"
1
) de la surface vers le centre et qui
a pour expression :
D 0 est le coefficient de diffusion de 1'oxygene dans le fer ou la concentration C o de 1'oxygene n'est pas uniforme et constante.
On peut constater, de maniere generate, que les flux s'expriment sous
la forme du produit d'une constante par un gradient, I'ensemble etant
affecte du signe moins. Cela signifie que les flux s'effectuent en sens
inverse des gradients qui sont a 1'origine de ces transports. Les entites
(chaleur, electrons, atonies) se deplacent de 1'endroit ou le potentiel est le
plus eleve vers 1'endroit ou il est le moins eleve. Les lois experimentales,
traduites par une relation lineaire entre un flux et la cause de ce flux, qui
est le gradient d'une variable intensive, sont appelees relations
phenomenologiques. On ecrira ainsi, pour un processus elementaire
(flux du a une seule cause) :
Xj est la force qui cree ce flux J { et L^ est un coefficient phenomenologique. On dit que Jj et Xj sont un flux et une force conjugues. (On verra
par la suite le sens du double indice ii de L^.)
2 Processus complexes. Coefficient de couplage
Dans certains cas, il peut y avoir apparition de deux ou plusieurs
processus simultanes, dus au fait que 1'existence d'un gradient induit
1'apparition d'autres gradients. Considerons, par exemple, le dispositif
represente sur la figure 10.1. II comporte un recipient, conducteur thermique aux deux extremites (1) et (2), soumises a deux temperatures T x et
T 2 > TV La partie centrale est isolee thermiquement de 1'exterieur et contient de 1'eau liquide en equilibre avec sa vapeur. Le potentiel chimique
de 1'eau en T 2 est alors superieur a sa valeur en T 1? en particulier la pression de vapeur d'eau est plus elevee en (2) qu'en (1). II va done y avoir un
flux de vapeur d'eau de (2) vers (1). On dit qu'il y a couplage entre le
flux de chaleur et le flux de matiere. Citons quelques exemples concrets
de couplage.