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A Unified Description of Diffusion Coefficients from Small to Large Molecules in Organic-Water Mixtures.
The Journal of Physical Chemistry A ( IF 2.7 ) Pub Date : 2020-02-20 , DOI: 10.1021/acs.jpca.9b11271 Erin Evoy 1 , Saeid Kamal 1 , Grenfell N Patey 1 , Scot T Martin 2, 3 , Allan K Bertram 1
The Journal of Physical Chemistry A ( IF 2.7 ) Pub Date : 2020-02-20 , DOI: 10.1021/acs.jpca.9b11271 Erin Evoy 1 , Saeid Kamal 1 , Grenfell N Patey 1 , Scot T Martin 2, 3 , Allan K Bertram 1
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Diffusion coefficients in mixtures of organic molecules and water are needed for many applications, ranging from the environmental modeling of pollutant transport, air quality, and climate, to improving the stability of foods, biomolecules, and pharmaceutical agents for longer use and storage. The Stokes-Einstein relation has been successful for predicting diffusion coefficients of large molecules in organic-water mixtures from viscosity, yet it routinely under-predicts, by orders of magnitude, the diffusion coefficients of small molecules in organic-water mixtures. Herein, a unified description of diffusion coefficients of large and small molecules in organic-water mixtures, based on the fractional Stokes-Einstein relation, is presented. A fractional Stokes-Einstein relation is able to describe 98 % of the observed diffusion coefficients from small to large molecules, roughly within the uncertainties of the measurements. The data set used in the analysis includes a wide range of radii of diffusing molecules, viscosities, and intermolecular interactions. As a case study, we show that the degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) by O3 within organic-water particles in the planetary boundary is relatively short (≲ 1 day) when the viscosity of the particle is ≲ 10^2 Pa s (Fig. 5). We also show that the degradation times predicted using the Stokes-Einstein relation and the fractional Stokes-Einstein relation can differ by up to a factor of 10 in this region of the atmosphere.
中文翻译：
有机-水混合物中小分子到大分子扩散系数的统一描述。
从污染物传输，空气质量和气候的环境模型到提高食品，生物分子和药剂的稳定性以延长使用和储存的范围，许多应用都需要有机分子和水的混合物中的扩散系数。斯托克斯-爱因斯坦关系已经成功地根据粘度预测了大分子在有机水混合物中的扩散系数，但通常会低估几个数量级的小分子在有机水混合物中的扩散系数。在此，基于分数斯托克斯-爱因斯坦关系，给出了有机和水混合物中大分子和小分子扩散系数的统一描述。斯托克斯-爱因斯坦分数关系能够描述从小分子到大分子的98％观察到的扩散系数，大约在测量的不确定性之内。分析中使用的数据集包括广泛的扩散分子半径，粘度和分子间相互作用。作为案例研究，我们发现当颗粒的粘度为is 10 ^ 2 Pa s时，O3在行星边界有机水颗粒中对多环芳烃（PAHs）的降解相对较短（≲1天）（图5）。我们还表明，使用斯托克斯-爱因斯坦关系和分数斯托克斯-爱因斯坦关系预测的降解时间在该区域的大气中可以相差多达10倍。分析中使用的数据集包括广泛的扩散分子半径，粘度和分子间相互作用。作为案例研究，我们发现当颗粒的粘度为is 10 ^ 2 Pa s时，O3在行星边界有机水颗粒中对多环芳烃（PAHs）的降解相对较短（≲1天）（图5）。我们还表明，使用斯托克斯-爱因斯坦关系和分数斯托克斯-爱因斯坦关系预测的降解时间在该区域的大气中可以相差多达10倍。分析中使用的数据集包括广泛的扩散分子半径，粘度和分子间相互作用。作为案例研究，我们发现当颗粒的粘度为is 10 ^ 2 Pa s时，O3在行星边界有机水颗粒中对多环芳烃（PAHs）的降解相对较短（≲1天）（图5）。我们还表明，使用斯托克斯-爱因斯坦关系和分数斯托克斯-爱因斯坦关系预测的降解时间在该区域的大气中可以相差多达10倍。我们发现，当颗粒的粘度为≲10 ^ 2 Pa s时，O3在行星边界有机水颗粒中对多环芳烃（PAHs）的降解相对较短（≲1天）（图5）。我们还表明，使用斯托克斯-爱因斯坦关系和分数斯托克斯-爱因斯坦关系预测的降解时间在该区域的大气中可以相差多达10倍。我们发现，当颗粒的粘度为≲10 ^ 2 Pa s时，O3在行星边界有机水颗粒中对多环芳烃（PAHs）的降解相对较短（≲1天）（图5）。我们还表明，使用斯托克斯-爱因斯坦关系和分数斯托克斯-爱因斯坦关系预测的降解时间在该区域的大气中可以相差多达10倍。
更新日期：2020-03-05
中文翻译：
有机-水混合物中小分子到大分子扩散系数的统一描述。
从污染物传输，空气质量和气候的环境模型到提高食品，生物分子和药剂的稳定性以延长使用和储存的范围，许多应用都需要有机分子和水的混合物中的扩散系数。斯托克斯-爱因斯坦关系已经成功地根据粘度预测了大分子在有机水混合物中的扩散系数，但通常会低估几个数量级的小分子在有机水混合物中的扩散系数。在此，基于分数斯托克斯-爱因斯坦关系，给出了有机和水混合物中大分子和小分子扩散系数的统一描述。斯托克斯-爱因斯坦分数关系能够描述从小分子到大分子的98％观察到的扩散系数，大约在测量的不确定性之内。分析中使用的数据集包括广泛的扩散分子半径，粘度和分子间相互作用。作为案例研究，我们发现当颗粒的粘度为is 10 ^ 2 Pa s时，O3在行星边界有机水颗粒中对多环芳烃（PAHs）的降解相对较短（≲1天）（图5）。我们还表明，使用斯托克斯-爱因斯坦关系和分数斯托克斯-爱因斯坦关系预测的降解时间在该区域的大气中可以相差多达10倍。分析中使用的数据集包括广泛的扩散分子半径，粘度和分子间相互作用。作为案例研究，我们发现当颗粒的粘度为is 10 ^ 2 Pa s时，O3在行星边界有机水颗粒中对多环芳烃（PAHs）的降解相对较短（≲1天）（图5）。我们还表明，使用斯托克斯-爱因斯坦关系和分数斯托克斯-爱因斯坦关系预测的降解时间在该区域的大气中可以相差多达10倍。分析中使用的数据集包括广泛的扩散分子半径，粘度和分子间相互作用。作为案例研究，我们发现当颗粒的粘度为is 10 ^ 2 Pa s时，O3在行星边界有机水颗粒中对多环芳烃（PAHs）的降解相对较短（≲1天）（图5）。我们还表明，使用斯托克斯-爱因斯坦关系和分数斯托克斯-爱因斯坦关系预测的降解时间在该区域的大气中可以相差多达10倍。我们发现，当颗粒的粘度为≲10 ^ 2 Pa s时，O3在行星边界有机水颗粒中对多环芳烃（PAHs）的降解相对较短（≲1天）（图5）。我们还表明，使用斯托克斯-爱因斯坦关系和分数斯托克斯-爱因斯坦关系预测的降解时间在该区域的大气中可以相差多达10倍。我们发现，当颗粒的粘度为≲10 ^ 2 Pa s时，O3在行星边界有机水颗粒中对多环芳烃（PAHs）的降解相对较短（≲1天）（图5）。我们还表明，使用斯托克斯-爱因斯坦关系和分数斯托克斯-爱因斯坦关系预测的降解时间在该区域的大气中可以相差多达10倍。
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