Kaj vpliva na hitrost difuzije. Opis fizikalnega pojava difuzije. Poskusi o sili trenja

Fizika je ena najbolj zanimivih, skrivnostnih in hkrati logičnih ved. Razloži vse, kar se da razložiti, tudi kako čaj postane sladek in juha slana. Pravi fizik bi rekel drugače: tako pride do difuzije v tekočinah.

Difuzija

Difuzija je čaroben proces prodiranja najmanjših delcev ene snovi v medmolekulske prostore druge. Mimogrede, takšna penetracija je obojestranska.

Ali veste, kako je ta beseda prevedena iz latinščine? Širjenje, širjenje.

Kako poteka difuzija v tekočinah?

Difuzijo lahko opazimo med interakcijo katere koli snovi: tekoče, plinaste in trdne.

Če želite izvedeti, kako pride do difuzije v tekočinah, lahko poskusite vreči nekaj zrn barve, mletega svinca ali na primer kalijevega permanganata v prozorno posodo s čisto vodo. Bolje je, če je ta posoda visoka. Kaj bomo videli? Sprva se bodo kristali pod vplivom gravitacije pogreznili na dno, čez nekaj časa pa se bo okoli njih pojavil avreol obarvane vode, ki se bo širil in širil. Če se tem posodam vsaj nekaj tednov ne približamo, bomo ugotovili, da se bo voda skoraj popolnoma obarvala.

Še en jasen primer. Da se sladkor ali sol hitreje raztopita, ju je treba zmešati v vodi. Če pa tega ne storite, se bosta sladkor ali sol čez nekaj časa sama raztopila: čaj ali kompot bosta postala sladka, juha ali slanica pa slana.

Kako poteka difuzija v tekočinah: izkušnje

Da bi ugotovili, kako je hitrost difuzije odvisna od temperature snovi, lahko izvedete majhen, a zelo indikativen poskus.

Vzamemo dva kozarca enake prostornine: enega s hladno vodo, drugega z vročo vodo. V oba kozarca nalijte enako količino instant praška (na primer kave ali kakava). V eni od posod se bo prašek začel intenzivneje raztapljati. Veste, kateri točno? Ali lahko uganeš? Kjer je temperatura vode višja! Navsezadnje se difuzija pojavi med naključnim kaotičnim gibanjem molekul, pri visokih temperaturah pa se to gibanje zgodi veliko hitreje.

Difuzija se lahko pojavi v kateri koli snovi, različen je le čas nastanka tega pojava. Največjo hitrost imajo plini. Zato masla ne shranjujte v hladilniku poleg sleda ali masti, naribanega z drobno sesekljanim česnom. Sledijo tekočine (od najmanjše do največje gostote). In najpočasnejša je difuzija trdnih snovi. Čeprav na prvi pogled difuzija v trdnih snoveh ne obstaja.

Mestna izobraževalna ustanova Srednja šola Zaozernaya s poglobljenim študijem posameznih predmetov št. 16

Tema: “Razširjenost v živi in ​​neživi naravi.”

Dokončano:

učenec 8A razreda Zyabrev Kirill.

Učitelj fizike: Zavyalova G.M.

Učitelj biologije: Zyabreva V.F.

Tomsk - 2008

I. Uvod. …………………………………………………………… 3

II. Razširjenost v živi in ​​neživi naravi.

1. Zgodovina odkritja pojava. ……………………………………. 4

2. Difuzija, njene vrste. ………………………………………….. 6

3. Od česa je odvisna hitrost difuzije? ……………………….. 7

4. Razširjenost v neživi naravi. ……………………………... 8

5. Razširjenost v živi naravi. ………………………………… 9

6. Uporaba difuzijskih pojavov. …………………………. 16

7. Zasnova posameznih difuzijskih pojavov. …………… 17

III. Zaključek. …………………………………………………... 20

IV. Rabljene knjige. ……………………………………. . 21

I. Uvod.

Okoli nas se dogaja toliko neverjetnih in zanimivih stvari. Na nočnem nebu svetijo daljne zvezde, v oknu gori sveča, veter nosi vonj cvetoče češnje, starajoča se babica ti sledi s pogledom…. Želim vedeti veliko, poskušam razložiti sam. Navsezadnje je veliko naravnih pojavov povezanih z difuzijskimi procesi, o katerih smo nedavno govorili v šoli. A povedali so tako malo!

Cilji dela :

1. Razširiti in poglobiti znanje o difuziji.

2. Modelirajte posamezne difuzijske procese.

3. Ustvarite dodatno računalniško gradivo za uporabo pri pouku fizike in biologije.

Naloge:

1. Poiščite potrebno gradivo v literaturi, internetu, ga preučite in analizirajte.

2. Ugotovi, kje se pojavljajo difuzijski pojavi v živi in ​​neživi naravi (fizika in biologija), kakšen pomen imajo in kje jih uporablja človek.

3. Opišite in oblikujte najzanimivejše poskuse tega pojava.

4. Ustvarite animirane modele nekaterih difuzijskih procesov.

Metode: analiza in sinteza literature, oblikovanje, modeliranje.

Moje delo je sestavljeno iz treh delov; glavni del je sestavljen iz 7 poglavij. Preučila in obdelala sem gradiva iz 13 literarnih virov, vključno z izobraževalno, referenčno, znanstveno literaturo in internetnimi stranmi ter pripravila predstavitev, izdelano v urejevalniku Power Point.

II. Razširjenost v živi in ​​neživi naravi.

II .1. Zgodovina odkritja pojava difuzije.

Ko je Robert Brown pod mikroskopom opazoval suspenzijo cvetnega prahu v vodi, je opazil kaotično gibanje delcev, ki ni nastalo »ne zaradi gibanja tekočine ne zaradi njenega izhlapevanja«. Suspendirani delci velikosti 1 µm ali manj, vidni le pod mikroskopom, so izvajali neurejena neodvisna gibanja, ki opisujejo zapletene cikcakaste trajektorije. Brownovo gibanje s časom ne oslabi in ni odvisno od kemijskih lastnosti medija; njegova intenzivnost narašča z naraščajočo temperaturo medija in z zmanjševanjem njegove viskoznosti in velikosti delcev. Tudi kvalitativna razlaga vzrokov Brownovega gibanja je bila mogoča šele 50 let pozneje, ko so vzrok Brownovega gibanja začeli povezovati z udarci molekul tekočine na površino delca, ki je v njej suspendiran.

Prvo kvantitativno teorijo Brownovega gibanja sta podala A. Einstein in M. Smoluchowski v letih 1905-06. temelji na molekularni kinetični teoriji. Pokazalo se je, da so naključni sprehodi Brownovih delcev povezani z njihovim sodelovanjem pri toplotnem gibanju skupaj z molekulami medija, v katerem so suspendirani. Delci imajo v povprečju enako kinetično energijo, vendar imajo zaradi večje mase manjšo hitrost. Teorija Brownovega gibanja pojasnjuje naključna gibanja delca z delovanjem naključnih sil iz molekul in sil trenja. Po tej teoriji so molekule tekočine ali plina v stalnem toplotnem gibanju, impulzi različnih molekul pa niso enaki po velikosti in smeri. Če je površina delca, postavljenega v tak medij, majhna, kot velja za Brownove delce, potem udarci, ki jih ima delec iz molekul, ki ga obdajajo, ne bodo natančno kompenzirani. Zato se Brownov delec zaradi "bombardiranja" z molekulami začne naključno gibati in spremeni velikost in smer svoje hitrosti približno 1014-krat na sekundo. Iz te teorije je sledilo, da je mogoče z merjenjem premika delca v določenem času in poznavanjem njegovega polmera ter viskoznosti tekočine izračunati Avogadrovo število.

Sklepe teorije Brownovega gibanja so potrdili z meritvami J. Perrina in T. Svedberga leta 1906. Na podlagi teh razmerij sta bili eksperimentalno določeni Boltzmannova konstanta in Avogadrova konstanta. (Avogadrova konstanta označeno z NA, število molekul ali atomov v 1 molu snovi, NA=6,022,1023 mol-1; ime v čast A. Avogadra.

Boltzmannova konstanta, fizična konstanta k, ki je enaka razmerju univerzalne plinske konstante R na Avogadrovo številko n A: k = R / n A = 1,3807,10-23 J/K. Imenovan po L. Boltzmannu.)

Pri opazovanju Brownovega gibanja se položaj delca beleži v rednih intervalih. Čim krajši so časovni intervali, tem bolj zlomljena bo pot delca videti.

Zakoni Brownovega gibanja služijo kot jasna potrditev temeljnih načel molekularne kinetične teorije. Končno je bilo ugotovljeno, da je toplotna oblika gibanja snovi posledica kaotičnega gibanja atomov ali molekul, ki sestavljajo makroskopska telesa.

Teorija Brownovega gibanja je igrala pomembno vlogo pri utemeljitvi statistične mehanike; na njej temelji kinetična teorija koagulacije (mešanja) vodnih raztopin. Poleg tega ima tudi praktični pomen v meroslovju, saj Brownovo gibanje velja za glavni dejavnik, ki omejuje natančnost merilnih instrumentov. Na primer, meja natančnosti odčitkov zrcalnega galvanometra je določena z vibracijo zrcala, kot je Brownov delec, ki ga bombardirajo molekule zraka. Zakoni Brownovega gibanja določajo naključno gibanje elektronov, kar povzroča hrup v električnih tokokrogih. Dielektrične izgube v dielektrikih so razložene z naključnimi gibi dipolnih molekul, ki sestavljajo dielektrik. Naključna gibanja ionov v raztopinah elektrolitov povečajo njihov električni upor.

Trajektorije Brownovih delcev (Perrinova eksperimentalna shema); Pike označujejo položaje delcev v enakih časovnih intervalih.

torej DIFUZIJA ALI BROWNOVO GIBANJE – to naključno gibanje drobnih delcev, suspendiranih v tekočini ali plinu, ki se pojavi pod vplivom udarcev molekul iz okolja; odprto

R. Brown leta 1827

II. 2. Difuzija, njene vrste.

Razlikujemo med difuzijo in samodifuzijo.

Difuzija je spontano prodiranje molekul ene snovi v prostore med molekulami druge snovi.. V tem primeru se delci mešajo. Difuzijo opazimo pri plinih, tekočinah in trdnih snoveh. Na primer, kapljico črnila vmešamo v kozarec vode. Ali pa se vonj kolonjske vode širi po sobi.

Difuzija, tako kot samodifuzija, obstaja, dokler obstaja gradient gostote snovi. Če gostota katere koli iste snovi v različnih delih prostornine ni enaka, potem opazimo pojav samodifuzije. Samodifuzija imenujemo proces izenačevanja gostote(ali temu sorazmerna koncentracija) isto snov. Do difuzije in samodifuzije pride zaradi toplotnega gibanja molekul, ki v neravnovesnih stanjih ustvarja tokove snovi.

Gostota masnega toka je masa snovi ( dm), ki se razprši na enoto časa skozi enoto površine ( dS pl), pravokotno na os x :

(1.1)

Pojav difuzije je podrejen Fickovemu zakonu

(1.2)

kjer je modul gradienta gostote, ki določa hitrost spremembe gostote v smeri osi X ;

D- difuzijski koeficient, ki se izračuna iz molekularne kinetične teorije po formuli

(1.3)

kjer je povprečna hitrost toplotnega gibanja molekul;

Povprečna prosta pot molekul.

Znak minus označuje, da poteka prenos mase v smeri zmanjševanja gostote.

Enačba (1.2) se imenuje difuzijska enačba ali Fickov zakon.

II. 3. Hitrost difuzije.

Ko se delec premika v snovi, nenehno trči v njene molekule. To je eden od razlogov, zakaj je v normalnih pogojih difuzija počasnejša od običajnega gibanja. Od česa je odvisna hitrost difuzije?

Prvič, na povprečno razdaljo med trki delcev, tj. dolžina proste poti. Daljša kot je ta dolžina, hitreje delec prodre v snov.

Drugič, pritisk vpliva na hitrost. Bolj gosta kot je embalaža delcev v snovi, težje tujek prodre skozi tako embalažo.

Tretjič, molekulska masa snovi ima pomembno vlogo pri hitrosti difuzije. Večja kot je tarča, večja je verjetnost, da bo zadeta, po trčenju pa se hitrost vedno upočasni.

In četrtič, temperatura. Z naraščanjem temperature se povečajo tresljaji delcev in poveča se hitrost molekul. Vendar pa je hitrost difuzije tisočkrat počasnejša od hitrosti prostega gibanja.

Vse vrste difuzije se podrejajo istim zakonom in so opisane z difuzijskim koeficientom D, ki je skalarna količina in je določena s Fickovim prvim zakonom.

Za enodimenzionalno difuzijo ,

kjer je J gostota pretoka atomov ali defektov snovi,
D - koeficient difuzije,
N je koncentracija atomov ali defektov snovi.

Difuzija je proces na molekularni ravni in je določena z naključno naravo gibanja posameznih molekul. Hitrost difuzije je torej sorazmerna s povprečno hitrostjo molekul. Pri plinih je povprečna hitrost majhnih molekul večja, in sicer je obratno sorazmerna s kvadratnim korenom mase molekule in narašča z naraščanjem temperature. Difuzijski procesi v trdnih snoveh pri visokih temperaturah pogosto najdejo praktično uporabo. Na primer, nekatere vrste katodnih cevi (CRT) uporabljajo kovinski torij, razpršen skozi kovinski volfram pri 2000 ºC.

Če je v mešanici plinov ena molekula štirikrat težja od druge, se taka molekula giblje dvakrat počasneje kot se giblje v čistem plinu. Skladno s tem je nižja tudi njegova stopnja difuzije. Ta razlika v hitrosti difuzije lahkih in težkih molekul se uporablja za ločevanje snovi z različnimi molekulskimi masami. Primer je ločevanje izotopov. Če skozi porozno membrano spustimo plin, ki vsebuje dva izotopa, gredo lažji izotopi skozi membrano hitreje kot težji. Za boljše ločevanje se postopek izvaja v več fazah. Ta postopek se je pogosto uporabljal za ločevanje uranovih izotopov (ločevanje 235U, ki se cepi pod nevtronskim obsevanjem, od mase 238U). Ker ta metoda ločevanja zahteva veliko energije, so se razvile druge, bolj ekonomične metode ločevanja. Na primer, uporaba toplotne difuzije v plinskem okolju je široko razvita. Plin, ki vsebuje mešanico izotopov, se postavi v komoro, v kateri se vzdržuje prostorska temperaturna razlika (gradient). V tem primeru se težki izotopi sčasoma koncentrirajo v hladnem območju.

Zaključek. Na difuzne spremembe vplivajo:

· molekulska masa snovi (višja kot je molekulska masa, manjša je hitrost);

· povprečna razdalja med trki delcev (daljša kot je dolžina poti, večja je hitrost);

· tlak (večja kot je embalaža delcev, težje se prebijejo),

· temperatura (z naraščanjem temperature se povečuje hitrost).

II.4. Difuzija v neživi naravi.

Ste vedeli, da je vse naše življenje zgrajeno na nenavadnem paradoksu narave? Vsi vemo, da je zrak, ki ga dihamo, sestavljen iz plinov različnih gostot: dušika N2, kisika O2, ogljikovega dioksida CO2 in majhne količine drugih nečistoč. In ti plini morajo biti razporejeni po plasteh, glede na silo gravitacije: najtežji, CO 2, je na sami površini zemlje, nad njim je O 2, še višje pa je N 2. Ampak to se ne zgodi. Obdaja nas homogena mešanica plinov. Zakaj plamen ne ugasne? Konec koncev kisik, ki ga obdaja, hitro izgori? Tukaj, tako kot v prvem primeru, deluje mehanizem poravnave. Difuzija preprečuje neravnovesje v naravi!

Zakaj je morje slano? Vemo, da se reke prebijajo skozi debelino kamnin in mineralov ter izpirajo soli v morje. Kako se mešata sol in voda? To je mogoče pojasniti s preprostim poskusom:

OPIS IZKUŠNJE: V stekleno posodo vlijemo vodno raztopino bakrovega sulfata. Raztopino previdno prelijemo s čisto vodo. Opazujemo mejo med tekočinama.

vprašanje: Kaj se bo s temi tekočinami zgodilo čez čas in kaj bomo opazili?

Sčasoma se bo meja med tekočinama v stiku začela zabrisati. Posodo s tekočino lahko postavite v omaro in dan za dnem lahko opazujete, kako prihaja do spontanega mešanja tekočin. Sčasoma se v posodi oblikuje homogena bledo modra tekočina, ki je na svetlobi skoraj brezbarvna.

Delci bakrovega sulfata so težji od vode, vendar se zaradi difuzije počasi dvigajo navzgor. Razlog je struktura tekočine. Delci tekočine so zapakirani v kompaktne skupine – psevdojedra. Med seboj so ločeni s prazninami - luknjami. Jedra niso stabilna, njihovi delci ne ostanejo dolgo v ravnovesju. Takoj, ko se delcu prenese energija, se delec odcepi od jedra in pade v praznino. Od tam zlahka skoči na drugo jedro itd.

Molekule tujka začnejo svojo pot po tekočini iz lukenj. Na poti trčijo z jedri, iz njih izbijejo delce in zavzamejo njihovo mesto. Ko se premikajo z enega prostega mesta na drugega, se počasi mešajo s tekočimi delci. Vemo že, da je stopnja difuzije nizka. Zato je v normalnih pogojih ta poskus trajal 18 dni, s segrevanjem - 2-3 minute.

Zaključek: V sončnem plamenu, življenju in smrti oddaljenih sijočih zvezd, v zraku, ki ga dihamo, spremembah vremena, v skoraj vseh fizičnih pojavih vidimo manifestacijo vsemogočne difuzije!

II.5. Difuzija v živi naravi.

Difuzijski procesi so zdaj dobro raziskani, njihove fizikalne in kemijske zakonitosti so ugotovljene in so povsem uporabni za gibanje molekul v živem organizmu. Difuzija v živih organizmih je neločljivo povezana s plazemsko membrano celice. Zato je treba ugotoviti, kako je strukturiran in kako so značilnosti njegove strukture povezane s transportom snovi v celici.

Plazemska membrana (plazmalema, celična membrana), površinska periferna struktura, ki obdaja protoplazmo rastlinskih in živalskih celic, ne služi le kot mehanska ovira, ampak, kar je najpomembneje, omejuje prosti dvosmerni tok nizko- in visoko- molekularne snovi v celico in iz nje. Poleg tega plazmalema deluje kot struktura, ki "prepozna" različne kemične snovi in ​​uravnava selektivni transport teh snovi v celico.

Zunanja površina plazemske membrane je prekrita z ohlapno vlaknato plastjo snovi debeline 3-4 nm - glikokaliksom. Sestavljen je iz razvejanih verig kompleksnih ogljikovih hidratov, membranskih integralnih beljakovin, med katerimi se lahko nahajajo celično izločene spojine beljakovin s sladkorji in beljakovin z maščobami. Tu se nahajajo tudi nekateri celični encimi, ki sodelujejo pri zunajcelični razgradnji snovi (zunajcelična prebava, npr. v črevesnem epiteliju).

Ker je notranjost lipidne plasti hidrofobna, predstavlja praktično neprepustno oviro za večino polarnih molekul. Zaradi prisotnosti te pregrade je onemogočeno uhajanje celične vsebine, vendar je bila zaradi tega celica prisiljena ustvariti posebne mehanizme za transport vodotopnih snovi skozi membrano.

Plazemska membrana je tako kot druge lipoproteinske celične membrane polprepustna. Voda in v njej raztopljeni plini imajo največjo prodorno sposobnost. Prenos ionov lahko poteka vzdolž koncentracijskega gradienta, tj. pasivno, brez porabe energije. V tem primeru nekateri membranski transportni proteini tvorijo molekularne komplekse, kanale, skozi katere ioni prehajajo skozi membrano s preprosto difuzijo. V drugih primerih se posebni membranski transportni proteini selektivno vežejo na en ali drug ion in ga prenašajo skozi membrano. Ta vrsta transporta se imenuje aktivni transport in se izvaja s pomočjo beljakovinskih ionskih črpalk. Če na primer porabimo 1 molekulo ATP, sistem črpalke K-Na iz celice v enem ciklu izčrpa 3 ione Na in proti koncentracijskemu gradientu črpa 2 iona K. V kombinaciji z aktivnim transportom ionov različni sladkorji, nukleotidi in aminokisline prodrejo v plazmalemo. Makromolekule, kot so beljakovine, ne prehajajo skozi membrano. Ti, kot tudi večji delci snovi, se prenašajo v celico z endocitozo. Med endocitozo določeno območje plazmaleme zajame, ovije zunajcelični material in ga zapre v membransko vakuolo. Ta vakuola - endosom - se v citoplazmi spoji s primarnim lizosomom in pride do prebave ujetega materiala. Endocitozo formalno delimo na fagocitozo (privzem velikih delcev s celico) in pinocitozo (privzem raztopin). Plazemska membrana sodeluje tudi pri odstranjevanju snovi iz celice z eksocitozo, procesom, ki je obraten kot endocitoza.

Difuzija ionov v vodnih raztopinah je še posebej pomembna za žive organizme. Nič manj pomembna ni vloga difuzije pri dihanju, fotosintezi in transpiraciji rastlin; pri prenosu kisika iz zraka skozi stene pljučnih mešičkov in njegovem vstopu v kri ljudi in živali. Difuzijo molekularnih ionov skozi membrane doseže električni potencial znotraj celice. Membrane, ki imajo selektivno prepustnost, igrajo vlogo carine pri premikanju blaga čez mejo: nekatere snovi so prepuščene, druge zadržijo, tretje pa so na splošno "izgnane" iz celice. Vloga membran v življenju celic je zelo pomembna. Umirajoča celica izgubi nadzor nad sposobnostjo uravnavanja koncentracije snovi skozi membrano. Prvi znak odmiranja celice je začetek sprememb v prepustnosti in nepravilno delovanje njene zunanje membrane.

Poleg konvencionalnega transporta - kinetičnega procesa prenosa delcev snovi pod vplivom gradientov električnega ali kemičnega potenciala, temperature ali tlaka - poteka aktivni transport tudi v celičnih procesih - gibanju molekul in ionov proti koncentracijskemu gradientu snovi. Ta mehanizem difuzije se imenuje osmoza. (Osmozo je prvi opazil A. Nolle leta 1748, raziskave tega pojava pa so se začele stoletje kasneje.) Ta proces poteka zaradi različnega osmotskega tlaka v vodni raztopini na različnih straneh biološke membrane osmoza skozi membrano, vendar je ta membrana lahko neprepustna za snovi, raztopljene v vodi. Zanimivo je, da voda teče proti difuziji te snovi, vendar upošteva splošni zakon koncentracijskega gradienta (v tem primeru vode).

Zato voda stremi iz bolj razredčene raztopine, kjer je njena koncentracija večja, v bolj koncentrirano raztopino snovi, v kateri je koncentracija vode manjša. Ker celica ne more neposredno absorbirati in črpati vode, to počne z osmozo, s čimer spremeni koncentracijo raztopljenih snovi v njej. Osmoza izenači koncentracijo raztopine na obeh straneh membrane. Napeto stanje celične membrane, ki ga imenujemo turgorski tlak, je odvisno od osmotskega tlaka raztopin snovi na obeh straneh celične membrane in od elastičnosti celične membrane, kar imenujemo turgorski tlak (turgor - iz latinščine turgere - biti nabrekel, napolnjen). Značilno je, da je elastičnost membran živalskih celic (razen nekaterih coelenteratov) nizka; nimajo visokega turgorskega tlaka in ohranijo celovitost le v izotoničnih raztopinah ali tistih, ki se malo razlikujejo od izotoničnih (razlika med notranjim in zunanjim tlakom je manjša od 0,5-1,0); zjutraj). V živih rastlinskih celicah je notranji tlak vedno večji od zunanjega, vendar v njih zaradi prisotnosti celulozne celične stene ne pride do pretrganja celične membrane. Razlika med notranjim in zunanjim tlakom v rastlinah (na primer v halofitnih rastlinah - slanoljubnih gobah) doseže 50-100 am. Toda kljub temu je varnostna rezerva rastlinske celice 60-70%. Pri večini rastlin relativni raztezek celične membrane zaradi turgorja ne presega 5-10%, turgorski tlak pa je v območju 5-10 ur. Zahvaljujoč turgorju imajo rastlinska tkiva elastičnost in strukturno trdnost. (Poskusa št. 3, št. 4 to potrjujeta). Vse procese avtolize (samouničenja), venenja in staranja spremlja padec turgorskega tlaka.

Ko govorimo o difuziji v živi naravi, ne moremo mimo absorpcije. Absorpcija je proces vhajanja različnih snovi iz okolja skozi celične membrane v celice in prek njih v notranje okolje telesa. Pri rastlinah je to proces absorpcije vode z v njej raztopljenimi snovmi s koreninami in listi skozi osmozo in difuzijo; pri nevretenčarjih - iz okolja ali votlinske tekočine. Pri primitivnih organizmih pride do absorpcije s pinocitozo in fagocitozo. Pri vretenčarjih lahko pride do absorpcije tako iz votlinskih organov - pljuč, maternice, mehurja kot s površine kože, s površine rane itd. Koža absorbira hlapne pline in hlape.

Največji fiziološki pomen ima absorpcija v prebavilih, ki poteka predvsem v tankem črevesu. Za učinkovit prenos snovi je pomembna velika površina črevesja in stalno visoka prekrvavitev sluznice, zaradi česar se vzdržuje visok koncentracijski gradient absorbiranih spojin. Pri človeku je mezenterični pretok krvi med obroki približno 400 ml / min, na vrhuncu prebave pa do 750 ml / min, pri čemer je glavni delež (do 80%) pretok krvi v sluznici prebavil. . Zaradi prisotnosti struktur, ki povečujejo površino sluznice - krožnih gub, resic, mikrovil, skupna površina absorpcijske površine človeškega črevesja doseže 200 m2.

Raztopine vode in soli lahko difundirajo na obeh straneh črevesne stene, tako v tankem kot debelem črevesu. Njihova absorpcija poteka predvsem v zgornjih delih tankega črevesa. Velik pomen ima transport Na+ ionov v tankem črevesu, zaradi katerega nastajajo predvsem električni in osmotski gradienti. Absorpcija Na+ ionov poteka preko aktivnih in pasivnih mehanizmov.

Če celica ne bi imela sistemov za uravnavanje osmotskega tlaka, bi bila koncentracija topljencev v njej večja od njihove zunanje koncentracije. Potem bi bila koncentracija vode v celici manjša od njene koncentracije zunaj. Posledično bi prišlo do stalnega dotoka vode v celico in njenega razpoka. Na srečo živalske celice in bakterije nadzorujejo osmotski tlak v svojih celicah z aktivnim črpanjem anorganskih ionov, kot je Na. Zato je njihova skupna koncentracija znotraj celice manjša kot zunaj. Na primer, dvoživke preživijo velik del svojega časa v vodi, vsebnost soli v njihovi krvi in ​​limfi pa je večja kot v sladki vodi. Organizmi dvoživk nenehno absorbirajo vodo skozi kožo. Zato proizvajajo veliko urina. Žaba, na primer, če je kloaka povezana, se napihne kot balon. In obratno, če dvoživka zaide v slano morsko vodo, postane dehidrirana in zelo hitro umre. Zato so morja in oceani za dvoživke nepremostljiva ovira. Rastlinske celice imajo toge stene, ki jih ščitijo pred nabrekanjem. Številne praživali se izognejo razpoku vode, ki vstopa v celico, s pomočjo posebnih mehanizmov, ki redno izločajo vstopno vodo.

Tako je celica odprt termodinamični sistem, ki izmenjuje snov in energijo z okoljem, vendar ohranja določeno stalnost notranjega okolja. Ti dve lastnosti samoregulirajočega sistema - odprtost in konstantnost - sta izpolnjeni hkrati, metabolizem (metabolizem) pa je odgovoren za stalnost celice. Presnova je regulator, ki prispeva k ohranjanju sistema, zagotavlja ustrezen odziv na vplive okolja. Zato je nujen pogoj za presnovo razdražljivost živega sistema na vseh ravneh, ki hkrati deluje kot dejavnik sistematičnosti in celovitosti sistema.

Membrane lahko spremenijo svojo prepustnost pod vplivom kemičnih in fizikalnih dejavnikov, tudi kot posledica depolarizacije membrane, ko električni impulz prehaja skozi nevronski sistem in vpliva nanj.

Nevron je delček živčnega vlakna. Če na enem koncu deluje dražljaj, pride do električnega impulza. Njegova vrednost je okoli 0,01 V za človeške mišične celice, širi pa se s hitrostjo okoli 4 m/s. Ko impulz doseže sinapso - povezavo med nevroni, ki jo lahko razumemo kot nekakšen rele, ki prenaša signal od enega nevrona do drugega, se električni impulz pretvori v kemični impulz s sproščanjem nevrotransmiterjev - specifičnih vmesnih snovi. Ko molekule takega posrednika vstopijo v vrzel med nevroni, nevrotransmiter z difuzijo doseže konec reže in vzdraži naslednji nevron.

Nevron pa reagira le, če so na njegovi površini posebne molekule - receptorji, ki lahko vežejo samo določen prenašalec in ne reagirajo na drugega. To se ne zgodi samo na membrani, ampak tudi v katerem koli organu, kot je mišica, zaradi česar se skrči. Signali-impulzi skozi sinapse lahko zavirajo ali pospešujejo prenos drugih, zato nevroni opravljajo logične funkcije (»in«, »ali«), kar je N. Wienerju do neke mere služilo kot podlaga za prepričanje, da so računski procesi v možgani živega organizma in v računalnikih sledijo v bistvu istemu vzorcu. Takrat informacijski pristop omogoča enoten opis nežive in žive narave.

Sam proces signala, ki vpliva na membrano, je sestavljen iz spreminjanja njegovega visokega električnega upora, saj je potencialna razlika na njej tudi reda velikosti 0,01 V. Zmanjšanje upora vodi do povečanja impulza električnega toka in vzbujanje se prenaša nadalje v obliki živčnega impulza, s čimer se spremeni možnost prehoda določenih ionov skozi membrano. Tako se lahko informacije v telesu prenašajo kombinirano s kemičnimi in fizikalnimi mehanizmi, kar zagotavlja zanesljivost in raznolikost kanalov za njihov prenos in obdelavo v živem sistemu.

Procesi normalnega dihanja živega organizma, za katerega je potreben kisik O2, pridobljen kot posledica fotosinteze, so tesno povezani s procesi normalnega dihanja živega organizma, ko se v mitohondrijih celice tvorijo molekule ATP, ki ji zagotavljajo potrebno energijo. Tudi mehanizmi teh procesov temeljijo na zakonih difuzije. V bistvu so to materialne in energetske sestavine, ki so potrebne za živi organizem. Fotosinteza je proces shranjevanja sončne energije s tvorbo novih vezi v molekulah sintetiziranih snovi. Izhodni snovi za fotosintezo sta voda H 2 O in ogljikov dioksid CO 2. Iz teh preprostih anorganskih spojin nastanejo kompleksnejša, energijsko bogata hranila. Molekularni kisik O2 nastaja kot stranski produkt, a za nas zelo pomemben. Primer je reakcija, ki nastane zaradi absorpcije svetlobnih kvantov in prisotnosti pigmenta klorofila, ki ga vsebujejo kloroplasti.

Rezultat je ena molekula sladkorja C 6 H 12 O 6 in šest molekul kisika O 2. Postopek poteka v stopnjah, najprej na stopnji fotolize nastaneta vodik in kisik z cepljenjem vode, nato pa vodik v kombinaciji z ogljikovim dioksidom tvori ogljikov hidrat - sladkor C 6 H 12 O 6. V bistvu je fotosinteza pretvorba sevalne energije Sonca v energijo kemičnih vezi nastajajočih organskih snovi. Tako je fotosinteza, pri kateri na svetlobi nastaja kisik O 2, biološki proces, ki živim organizmom zagotavlja brezplačno energijo. Proces normalnega dihanja kot presnovni proces v telesu, povezan s porabo kisika, je obraten od procesa fotosinteze. Oba postopka lahko sledita naslednji verigi:

Sončna energija (fotosinteza)

hranila + (dihanje)

Energija kemičnih vezi.

Končni produkti dihanja služijo kot izhodne snovi za fotosintezo. Tako procesi fotosinteze in dihanja sodelujejo v kroženju snovi na Zemlji. Del sončnega sevanja absorbirajo rastline in nekateri organizmi, ki so, kot že vemo, avtotrofi, tj. samohranjenje (hrana za njih je sončna svetloba). Kot rezultat procesa fotosinteze avtotrofi vežejo atmosferski ogljikov dioksid in vodo, tvorijo do 150 milijard ton organskih snovi, asimilirajo do 300 milijard ton CO 2 in sprostijo približno 200 milijard ton prostega kisika O 2 letno.

Nastale organske snovi uporabljajo kot hrano ljudje in rastlinojede živali, ki se prehranjujejo z drugimi heterotrofi. Rastlinski in živalski ostanki se nato razgradijo v enostavne anorganske snovi, ki lahko ponovno sodelujejo v obliki CO 2 in H 2 O pri fotosintezi. Del nastale energije, tudi tiste, ki je shranjena v obliki fosilnega energenta, porabijo živi organizmi za porabo, del pa se neuporabno razprši v okolje. Zato je proces fotosinteze zaradi zmožnosti zagotavljanja potrebne energije in kisika na določeni stopnji razvoja zemeljske biosfere katalizator evolucije živih bitij.

Osnova metabolizma v celici so difuzijski procesi, kar pomeni, da se z njihovo pomočjo ti procesi izvajajo na ravni organov. Tako potekajo absorpcijski procesi v koreninskih laskih rastlin, črevesju živali in človeka; izmenjava plinov v ustih rastlin, pljučih in tkivih človeka in živali, procesi izločanja.

Biologi že več kot 150 let proučujejo zgradbo in proučujejo celice, začenši s Schleidenom, Schwannom, Purimejem in Virchowom, ki so leta 1855 ugotovili mehanizem rasti celic z njihovo delitvijo. Ugotovljeno je bilo, da se vsak organizem razvije iz ene same celice, ki se začne deliti in posledično nastanejo številne celice, ki se med seboj opazno razlikujejo. A ker se je razvoj organizma sprva začel z delitvijo prve celice, potem na eni stopnji našega življenjskega cikla ohranjamo podobnosti z zelo oddaljenim enoceličnim prednikom in lahko v šali rečemo, da je bolj verjetno, da izhajamo iz amebe kot iz opice.

Iz celic nastanejo organi, celični sistem pa pridobi lastnosti, ki jih njegovi sestavni elementi nimajo, tj. posamezne celice. Te razlike so posledica nabora beljakovin, ki jih sintetizira določena celica. Razlikujemo mišične celice, živčne celice, krvne celice (eritrocite), epitelne celice in druge, odvisno od njihove funkcionalnosti. Diferenciacija celic poteka postopoma med razvojem organizma. V procesu delitve celic, njihovega življenja in odmiranja, poteka neprekinjeno nadomeščanje celic skozi celotno življenje organizma.

Nobena molekula v našem telesu ne ostane nespremenjena več kot nekaj tednov ali mesecev. V tem času se molekule sintetizirajo, izpolnjujejo svojo vlogo v življenju celice, se uničijo in nadomestijo druge, bolj ali manj enake molekule. Najbolj neverjetno je, da so živi organizmi kot celota veliko bolj konstantni kot molekule, ki jih sestavljajo, struktura celic in celotnega telesa, sestavljenega iz teh celic, pa ostane nespremenjena v tem neprekinjenem ciklu, kljub zamenjavi posamezne komponente.

Poleg tega ne gre za zamenjavo posameznih delov avtomobila, temveč, kot slikovito primerja S. Rose, karoserijo z opečno zgradbo, »iz katere nori zidar noč in dan neprestano vzame eno opeko za drugo in vstavlja nove. na svojem mestu. Obenem zunanji videz objekta ostaja enak, material pa se ves čas menja.” Z nekaterimi nevroni in celicami se rodimo, z drugimi pa umremo. Primer je zavest, razumevanje in dojemanje otroka in starega človeka. Vse celice vsebujejo celotno genetsko informacijo za gradnjo vseh beljakovin danega organizma. Shranjevanje in prenos dednih informacij poteka s pomočjo celičnega jedra.

Zaključek: Vloge prepustnosti plazemske membrane v življenju celice ni mogoče pretiravati. Večina procesov, povezanih z oskrbo celice z energijo, pridobivanjem produktov in odstranjevanjem produktov razpadanja, temelji na zakonih difuzije skozi to polprepustno živo pregrado.

Osmoza- v bistvu preprosta difuzija vode iz mest z višjo koncentracijo vode na mesta z nižjo koncentracijo vode.

Pasivni transport– to je prenos snovi z mest z visokim elektrokemijskim potencialom na mesta z nižjo vrednostjo. Prenos majhnih vodotopnih molekul poteka s posebnimi transportnimi proteini. To so posebni transmembranski proteini, od katerih je vsak odgovoren za transport določenih molekul ali skupin sorodnih molekul.

Pogosto je treba zagotoviti transport molekul čez membrano proti njihovemu elektrokemičnemu gradientu. Ta proces se imenuje aktivni prevoz Izvajajo pa ga nosilni proteini, katerih delovanje zahteva energijo. Če povežete nosilni protein z virom energije, lahko dobite mehanizem, ki zagotavlja aktivni transport snovi skozi membrano.

II.6. Uporaba difuzije.

Človek že od pradavnine uporablja difuzijske pojave. Ta postopek vključuje kuhanje in ogrevanje doma. Z difuzijo se srečamo pri toplotni obdelavi kovin (varjenje, spajkanje, rezanje, premazovanje itd.); nanašanje tankega sloja kovin na površino kovinskih izdelkov za povečanje kemične odpornosti, trdnosti, trdote delov in naprav ali za zaščitne in dekorativne namene (galvaniziranje, kromiranje, nikljanje).

Naravni vnetljivi plin, ki ga doma uporabljamo za kuhanje, nima ne barve ne vonja. Zato bi bilo težko takoj opaziti uhajanje plina. In ko pride do puščanja, se plin zaradi difuzije razširi po prostoru. Medtem pa pri določenem razmerju med plinom in zrakom v zaprtem prostoru nastane zmes, ki lahko eksplodira na primer od prižgane vžigalice. Plin lahko povzroči tudi zastrupitev.

Da bi bil tok plina v prostor opazen, se na distribucijskih postajah vnetljivemu plinu predhodno mešajo posebne snovi, ki imajo močan neprijeten vonj, ki ga človek zlahka zazna že v zelo nizkih koncentracijah. Ta varnostni ukrep vam omogoča, da hitro opazite kopičenje plina v prostoru, če pride do puščanja.

V sodobni industriji se uporablja vakuumsko oblikovanje, metoda za izdelavo izdelkov iz pločevinastih termoplastov. Izdelek zahtevane konfiguracije dobimo zaradi razlike v tlaku, ki je posledica vakuuma v votlini kalupa, na katerem je plošča pritrjena. Uporablja se na primer pri izdelavi posod, delov hladilnikov in ohišij instrumentov. Zaradi difuzije na ta način je mogoče zvariti nekaj, kar je nemogoče zvariti samostojno (kovina s steklom, steklo in keramika, kovine in keramika in še marsikaj).

Zaradi difuzije različnih izotopov urana skozi porozne membrane se čisti gorivo za jedrske reaktorje. Včasih se jedrsko gorivo imenuje jedrsko gorivo.

Absorpcija (resorpcija) snovi pri vnosu v podkožje, v mišice ali pri nanosu na sluznico oči, nosu ali kožo sluhovoda poteka predvsem zaradi difuzije. To je osnova za uporabo številnih zdravilnih učinkovin, absorpcija v mišicah pa poteka hitreje kot v koži.

Ljudska modrost pravi: "Kosite si lase, dokler je rosa." Povejte mi, kaj ima pri tem difuzija in jutranja košnja? Razlaga je zelo preprosta. Ob jutranji rosi imajo trave povečan turgorski tlak, ustja so odprta, stebla pa elastična, kar olajša košnjo (trava, pokošena z zaprtimi ustji, se slabše suši).

V vrtnarstvu se pri brstenju in cepljenju rastlin tvori kalus na odsekih zaradi difuzije (iz latinščine Callus - kalus) - rano tkivo v obliki pritoka na mestih poškodbe in spodbuja njihovo celjenje, zagotavlja zlitje cepiča z podlaga.

Kalus se uporablja za pridobitev izolirane tkivne kulture (eksplantacija). To je metoda dolgotrajnega shranjevanja in gojenja v posebnih hranilnih medijih celic, tkiv, majhnih organov ali njihovih delov, izoliranih iz človeškega telesa, živali in rastlin. Na podlagi metod gojenja kulture mikroorganizmov, ki zagotavljajo asepso, prehrano, izmenjavo plinov in odstranjevanje presnovnih produktov gojenih predmetov. Ena od prednosti metode tkivne kulture je možnost opazovanja vitalne aktivnosti celic z uporabo mikroskopa. Da bi to naredili, rastlinsko tkivo gojimo na hranilnih medijih, ki vsebujejo avksine in citokinine. Kalus je običajno sestavljen iz slabo diferenciranih homogenih celic izobraževalnega tkiva, ko pa se spremenijo rastni pogoji, zlasti vsebnost fitohormonov v hranilnem mediju, je v njem možna tvorba floema, ksilema in drugih tkiv, pa tudi razvoj različnih organov. in cela rastlina.

II.7. Zasnova posameznih poskusov.

S pomočjo znanstvene literature sem poskušal ponoviti poskuse, ki so mi bili najbolj zanimivi. Mehanizem difuzije in rezultate teh poskusov sem prikazal v predstavitvi v obliki animacijskih modelov.

IZKUŠNJA 1. Vzemite dve epruveti: eno polovico napolnite z vodo, drugo polovico napolnite s peskom. Vodo nalijemo v epruveto s peskom. Prostornina mešanice vode in peska v epruveti je manjša od vsote prostornin vode in peska.

IZKUŠNJA 2. Dolgo stekleno cev do polovice napolnite z vodo, nato pa na vrh prelijte barvni alkohol. Z gumijastim obročkom označite splošno raven tekočin v cevi. Po mešanju vode in alkohola se volumen mešanice zmanjša.

(Poskusa 1 in 2 dokazujeta, da med delci snovi obstajajo vrzeli, ki se med difuzijo napolnijo z delci tuje snovi.)

IZKUŠNJA 3. Vato, navlaženo z amoniakom, pripeljemo v stik z vato, navlaženo z indikatorjem fenolftaleinom. Opazujemo obarvanost flisa v škrlatno barvo.

Zdaj na dno steklene posode položimo vato, navlaženo z amoniakom, in eno, navlaženo s fenolftaleinom. Pritrdite ga na pokrov in s tem pokrovom pokrijte stekleno posodo. Po določenem času se vata, namočena v fenolftalein, začne barvati.

Zaradi interakcije z amoniakom se fenolftalein obarva škrlatno, kar smo opazili ob stiku z vato. Ampak zakaj potem v drugem primeru vata, namočena v fenolftalein. Je tudi pobarvan, ker zdaj flisi niso v stiku? Odgovor: nenehno kaotično gibanje delcev snovi.

IZKUŠNJA 4. Položite ozek trak filtrirnega papirja, namočenega v mešanico škrobne paste in raztopine indikatorja fenolftaleina, vzdolž stene znotraj visoke cilindrične posode. Na dno posode položite kristale joda. Posodo tesno zapremo s pokrovom, iz katerega obesimo vato, namočeno v raztopino amoniaka.

Zaradi interakcije joda s škrobom se po traku papirja dvigne modro-vijolična barva. Hkrati se navzdol širi škrlatna barva - dokaz gibanja molekul amoniaka. Po nekaj minutah se meje barvnih območij papirja srečajo, nato pa se modra in škrlatna barva premešata, kar pomeni, da pride do difuzije.[10]

IZKUŠNJA 5.(preživite skupaj) Vzemite uro s sekundnim kazalcem, merilni trak, stekleničko toaletne vode in se postavite v različne kote sobe. Eden zabeleži čas in odpre steklenico. Drugi zabeleži čas, ko zavoha toaletno vodo. Z merjenjem razdalje med eksperimentatorjema ugotovimo stopnjo difuzije. Za natančnost se poskus ponovi 3-4 krat in ugotovi se povprečna vrednost hitrosti. Če je razdalja med eksperimentatorjema 5 metrov, se vonj začuti po 12 minutah. To pomeni, da je difuzijska hitrost v tem primeru 2,4 m/min.

IZKUŠNJA 6. DOLOČANJE VISKOZNOSTI PLAZME Z METODO PLAZMOLIZE (po P.A. Genkelu).

Napredna hitrost konveksna plazmoliza v rastlinskih celicah, ko jih obdelamo s hipertanično raztopino, je odvisna od viskoznosti citoplazme; nižja kot je viskoznost citoplazme, prej konkavna plazmoliza preide v konveksno. Viskoznost citoplazme je odvisna od stopnje razpršenosti koloidnih delcev in njihove hidracije, od vsebnosti vode v celici, od starosti celic in drugih dejavnikov.

Napredek. Naredite tanek rez povrhnjice iz lista aloje ali pa odtrgajte povrhnjico z mehkih lusk čebule. Pripravljene reze obarvamo v urnem steklu 10 minut v nevtralni rdeči raztopini v koncentraciji 1:5000. Nato se deli predmeta položijo na stekelce v kapljico saharoze z nizko koncentracijo in pokrijejo z enim pokrovnim stekelcem. Pod mikroskopom opazimo stanje plazmolize. Najprej opazimo konkavno plazmolizo v celicah. Kasneje se ta oblika ohrani ali pa se z različno hitrostjo spremeni v konveksno obliko. Pomembno je upoštevati čas prehoda iz konkavne v konveksno plazmolizo. Časovno obdobje, v katerem konkavna plazmoliza preide v konveksno plazmolizo, je pokazatelj stopnje viskoznosti protoplazme. Daljši kot je čas prehoda na konveksno plazmolizo, večja je viskoznost plazme. Plazmoliza v celicah čebule se začne hitreje kot v lupini aloje. To pomeni, da je citoplazma celic aloje bolj viskozna.

IZKUŠNJA 7. PLAZMOLIZA. DEPLAZMOLIZA. PRODIRANJE SNOVI V VAKUOLO [2]

Nekatere organske snovi precej hitro prodrejo v vakuolo. V celicah, ko so v raztopinah takšnih snovi, se plazmoliza relativno hitro izgubi in pride do deplazmolize.

Deplazmoliza je ponovna vzpostavitev turgorja v celicah(tj. nasprotni pojav od plazmolize).

Napredek. Dele zgornje povrhnjice obarvanih čebulnih lusk (konkavna stran) damo v kapljico 1 M raztopine rastlinskega gnojila sečnine ali glicerola neposredno na predmetno stekelce in pokrijemo s pokrovom. Po 15-30 minutah se predmeti pregledajo pod mikroskopom. Plazmolizirane celice so jasno vidne. Odseke pustite v kapljici raztopine še 30-40 minut. Nato ponovno pogledajo pod mikroskop in opazujejo deplazmolizo – obnovo turgorja.

Zaključek : Rastline ne morejo jasno nadzorovati količine kemikalij, ki vstopajo v celice in iz njih izstopajo.

III. Zaključek.

Zakoni difuzije urejajo procese fizikalnih in kemičnih gibanj elementov v notranjosti zemlje in vesolja ter vitalne procese celic in tkiv živih organizmov. Difuzija ima pomembno vlogo na različnih področjih znanosti in tehnologije, v procesih, ki se dogajajo v živi in ​​neživi naravi. Difuzija vpliva na potek številnih kemijskih reakcij, pa tudi na številne fizikalno-kemijske procese in pojave: membrana, izhlapevanje, kondenzacija, kristalizacija, raztapljanje, nabrekanje, zgorevanje, katalitično, kromatografsko, luminiscenčno, električno in optično v polprevodnikih, moderiranje nevtronov v jedrskih reaktorjih itd. . Difuzija je velikega pomena pri nastajanju dvojne električne plasti na faznih mejah, difuzijski forezi in elektroforezi, pri fotografskih postopkih za hitro pridobivanje slik itd. Difuzija služi kot osnova za številne običajne tehnične operacije: sintranje praškov, kemično-termično. obdelava kovin, metalizacija in varjenje materialov, strojenje usnja in krzna, barvanje vlaken, premikanje plinov z difuzijskimi črpalkami. Vloga difuzije se je močno povečala zaradi potrebe po ustvarjanju materialov z vnaprej določenimi lastnostmi za razvojna področja tehnologije (jedrska energija, astronavtika, sevalni in plazemsko-kemijski procesi itd.). S poznavanjem zakonitosti difuzije lahko preprečimo neželene spremembe produktov, ki nastanejo pod vplivom visokih obremenitev in temperatur, sevanja in še mnogo, mnogo drugega...

Kakšen bi bil svet brez difuzije? Ustavite toplotno gibanje delcev - in vse okoli bo mrtvo!

Pri svojem delu sem povzela zbrano gradivo na temo povzetka in za njegov zagovor pripravila predstavitev, narejeno v urejevalniku Power Point. Ta predstavitev po mojem mnenju lahko popestri gradivo lekcije o tej temi. Nekatere poskuse, opisane v literaturi, sem ponovil in nekoliko spremenil. Najbolj zanimivi primeri difuzije so predstavljeni na predstavitvenih prosojnicah v animiranih modelih.

IV. Rabljene knjige:

1. Antonov V.F., Chernysh A.M., Pasechnik V.I., et al.

M., Arktos-Vika-press, 1996

2. Afanasyev Yu.I., Yurina N.A., Kotovsky E.F. in drugi.

M. Medicina, 1999.

3. Alberts B., Bray D., Lewis J. et al. Molekularna biologija celice.

V 3 zvezkih. Zvezek 1. M., Mir, 1994.

4. Velika enciklopedija Cirila in Metoda 2006

5. Varikash V.M. in drugi Fizika v živi naravi. Minsk, 1984.

6. Demyankov E.N. Težave v biologiji. M. Vlados, 2004.

7. Nikolaev N.I. Difuzija v membranah. M. Kemija, 1980, str

8. Peryshkin A.V. Fizika. 7. M. Bustard, 2004.

9. Fizični enciklopedični slovar, M., 1983, str. 174-175, 652, 754

10. Shablovsky V. Zabavna fizika. Sankt Peterburg, "trigon" 1997, str.416

11.xttp//bio. fizten/ru./

12.xttp//markiv. narod.ru./

13. “http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%84%D1%84%D1%83%D0%B7%D0%B8%D1%8F” Kategorije: Pojavi na atomski ravni | Termodinamični pojavi | Pojavi prenosa | Difuzija

DIFUZIJA(iz latinščine diffusio - širjenje, širjenje, disipacija) - neravnovesni proces, ki ga povzroča molekularno toplotno gibanje in vodi do vzpostavitve ravnotežne porazdelitve koncentracij znotraj faz. Kot rezultat D. pride do kemične izravnave. potenciale sestavin mešanice. V enofaznem sistemu pri DC. temperatura in odsotnost zunanjega sile D. izenači koncentracijo posamezne komponente faze po prostornini celotnega sistema. Če temperatura ni konstantna ali na sistem vplivajo zunanji vplivi. sile, potem se zaradi D. vzpostavi prostorsko nehomogena ravnotežna porazdelitev koncentracij vsake od komponent (glej. Toplotna difuzija, elektrodifuzija).

(Fickov 2. zakon). matematika teorija enačbe D. sovpada s teor enačba toplotne prevodnosti.

Za mešanico množine komponente difuzijski tok vsake komponente j i, glede na termodinamiko ireverzibilnih procesov, določajo kemijski gradienti. potenciale vseh p komponente mešanice:

Kje Lik- kinetično koeficient Onsager, ki ima tenzorsko naravo in proporcionalne koeficiente. D. sestavine mešanice (indeks pomeni, da se šteje D. jaz-ta komponenta glede na k th). Kemični gradienti potenciali so fiksni. temp T. Izraz (4) je poseben primer Onsagerjevih linearnih razmerij med termodinamičnimi. od D. in difuzijski tokovi. Po Onsagerjevem načelu (glej Onsagerjev izrek), v odsotnosti magnetnega polja.

Med kemijskimi gradienti le potenciali n- 1 neodvisni, se lahko izrazijo z gradienti koncentracije z uporabo Gibbs-Duhemova enačba in predstavljajo difuzijski tok v obliki

Kje Dik- tenzorski koeficient D. Njegovi diagonalni elementi določajo neposredne procese D., njeni nediagonalni elementi pa navzkrižne difuzijske procese. Onsager odnosi za Dik so bolj kompleksne narave kot za Lik. Za binarni koeficient mešanice. D 11 je povezano s koeficientom. Onsager L 11 razmerje

V procesu D. se entropija poveča in proizvodnja entropije na časovno enoto je enako:

Če na mešanico komponent vplivajo zunanji vplivi. moč F k(na primer gravitacijski in inercijski), potem se pojav D. bistveno spremeni. Ker je gradient tlaka odvisno od zunanjega moč F k, nato termodinamični. sile niso samo kemični gradienti. potencialov, temveč tudi centrifugalna sila in gravitacijska sila ter pride do barodifuzije. Hkrati termodinamično. ravnovesje ustreza stacionarni nehomogeni porazdelitvi koncentracij. Postopek D. si prizadeva vzpostaviti to distribucijo. Ta postopek omogoča določanje molekulske mase sedimentacija v centrifugalnem polju v ultracentrifugi.

Difuzija v trdnih snoveh. Postopek D. v trdnih snoveh se lahko izvede z uporabo več. mehanizmi: menjava mest kristalnih atomov. strukture s svojo prosta delovna mesta, gibanje atomov vzdolž vmesnih prostorov (glej. Intersticijski atom), sočasno ciklično gibanje več. atomi, zamenjava mest dveh sosednjih atomov. Pri nastajanju substitucijskih trdnih raztopin prevladuje izmenjava mest atomov in prostih mest.

Coef. D. v trdnih snoveh je zelo odvisen od strukturnih napak, povečuje se z njihovim številom. Za D. v trdnih snoveh je značilna eksponentna rast. odvisnost od temperature z aktivacijsko energijo večjo od energije tekočin. Coef. D. za cink v bakru se s povišanjem temperature od 30 o C do 300 o C poveča za 10 14-krat.

mikroskopsko teorijo atomskih prostih mest, ki temelji na mehanizmu preskakovanja prostih mest, je razvil Ya. Frenkel. Zamenjava kristalnega atoma. struktura prostega delovnega mesta je povezana z možnostjo njegovega prehoda skozi potencial. pregrada. Predpostavlja se, da po prehodu atoma na prosto mesto zaradi močne interakcije s sosednjimi atomi uspe oddati del energije, preden se vrne na prvotno mesto. Čas zadrževanja danega atoma na mestu, ki meji na prazno mesto, je enak

kjer je čas reda periode kristalnih atomov. strukture, ki ustrezajo akustični frekvenci. spekter (~10 -13 s). Nato koeficient samodifuzija bo imela obliko

Kje - aktivacijska energija, A- konstanta mreže, U- energija nastajanja prostih mest. Za razl. rešetke W se ne razlikujejo veliko (npr. za svinec W 26 kcal/g*atom, za baker W 60 kcal/g*atom),a A in v f-le (12) se lahko zelo razlikujejo. Coef. D. v trdnih snoveh je mogoče oceniti tudi z uporabo Eyringove teorije reakcijskih hitrosti, ki prav tako vodi do eksponentne. odvisno od temperature z aktivacijsko energijo. Podobna teorija je bila razvita za disperzijo v neurejenih substitucijskih zlitinah; omogočila je upoštevati vpliv intersticijskih atomov na samodifuzijo kovine, ko disperzija ni več opisana z eno samo eksponento, saj na mestih z razpadom. . konfiguracija atomov mora premagati razlike. potencial ovire. V primeru, ko gre D. na izmenjavo s prostimi mesti oz. gibanje po zaprti zanki in koeficient. D. komponenta D 1 in D 2 so različni, nastali tok snovi poteka v smeri snovi z velikim parcialnim koeficientom. D., proporcionalno (Kirkendallov učinek).

Pojav prenosa nevtronov v kondenzatorje. okolje, ki ga spremlja večkratno sipanje, opišemo s kinet. enačbe, ki je na splošno ni mogoče reducirati na enačbo D., vendar se difuzijski približek pogosto izkaže za uporabnega pri upoštevanju nevtronska difuzija.

Pri zelo nizkih temperaturah v kondenzatorjih. možna okolja kvantna difuzija atomov, so robovi določeni s kvantnim podbariernim tunelskim gibanjem atomov, v nasprotju s klasičnim. D., so robovi določeni s prehodi atomov čez pregrade. Bitja Razlika med kvantno dinamiko je v tem, da koeficient. kvant D. je različen od nič, ko se temperatura nagiba k nič, se njegova vrednost pomnoži. velikosti večji od koeficienta. klasična D. pri enakih temperaturah.

Druge vrste difuzij. Difuzijski procesi vključujejo tudi nekatere pojave, ki niso povezani s prenosom delcev. Tako se v optiki pojavi sevanje v nehomogenem mediju med večkratnimi procesi emisije in absorpcije fotonov, t.i. difuzijo sevanja, vendar se ta pojav bistveno razlikuje od dinamike delcev, saj je ravnotežna enačba za gostoto fotonskega toka opisana z integralom. enačba, ki je ni mogoče reducirati na diferenciale. ur-nuyu D. V spin sistemih v magnetnem. možen postopek izravnave polja prim. mag. trenutek v prostoru pod vplivom spin-spin interakcije - spinska difuzija.

Lit.: 1) Groot S. de, Mazur P., Nonequilibrium, trans. iz angleščine, M., 1964, pogl. enajst; 2) R. Haase, Termodinamika ireverzibilnih procesov, prev. iz nemščine, M., 1967, pogl. 4; 3) Chapman S., Cowling T., Matematična teorija nehomogenih plinov, trans. iz angleščine, M., 1960, pogl. 10, 14; 4) Ferziger J., Kaper G., Matematična teorija transportnih procesov v plinih, prev. iz angleščine, M., 1976; 5) Frenkel Ya., Kinetična teorija tekočin. L., 1975; 6) Hirschfelder J., Curtiss Ch., Bird R., Molekularna teorija plinov in tekočin, trans. iz angleščine, M., 1961, pogl. 9; 7) Gray P., Kinetična teorija transportnih pojavov v enostavnih tekočinah, v knjigi: Fizika preprostih tekočin. Statistična teorija, trans. iz angleščine, M., 1971; 8) Smirnov A.A., Molekularno-kinetična teorija kovin, M., 1966, pogl. 8; S)Andreev A.F., Lifshits I.M., Kvantna teorija defektov v kristalih, "JETP", 1969, v. 56, str. 2057; 10) Kagan Yu., Klinger M. I., Teorija kvantne difuzije atomov v kristalih, "J. Phys. C", 1974, v. 7, str. 2791; 11) Lifshits E. M., Pitaevsky L. P., Fizična kinetika, M., 1979, str. 11, 12; 12) Landau L.D., Lifshits E.M., Hidrodinamika, 3. izdaja, M., 1986, str. 59.

D. P. Zubarev.

Besedilo dela je objavljeno brez slik in formul.
Celotna različica dela je na voljo v zavihku "Delovne datoteke" v formatu PDF

Uvod

Difuzija ima veliko vlogo v naravi, v življenju ljudi in v tehnologiji. Difuzijski procesi imajo lahko pozitivne in negativne učinke na življenje ljudi in živali. Primer pozitivnega vpliva je ohranjanje enakomerne sestave atmosferskega zraka blizu zemeljske površine. Difuzija ima pomembno vlogo na različnih področjih znanosti in tehnologije, v procesih, ki se dogajajo v živi in ​​neživi naravi. Vpliva na potek kemičnih reakcij.

Ob udeležbi difuzije ali ko je ta proces moten in spremenjen, lahko pride do negativnih pojavov v naravi in ​​človekovem življenju, kot je obsežno onesnaženje okolja s produkti človeškega tehničnega napredka.

Ustreznost: Difuzija dokazuje, da so telesa sestavljena iz molekul, ki se naključno gibljejo; Difuzija je velikega pomena v življenju ljudi, živali in rastlin, pa tudi v tehnologiji.

Cilj:

dokazati, da je difuzija odvisna od temperature;

razmisli o primerih difuzije pri domačih poskusih;

poskrbite, da se difuzija v različnih snoveh odvija različno.

Razmislite o toplotni difuziji snovi.

Raziskovalni cilji:

Preučite znanstveno literaturo na temo "Difuzija".

Dokažite odvisnost hitrosti difuzije od vrste snovi in ​​temperature.

Preučite vpliv pojava difuzije na okolje in človeka.

Opišite in oblikujte najbolj zanimive difuzijske poskuse.

Raziskovalne metode:

Analiza literature in internetnih gradiv.

Izvajanje poskusov za preučevanje odvisnosti difuzije od vrste snovi in ​​temperature.

Analiza rezultatov.

Predmet študija: pojav difuzije, odvisnost poteka difuzije od različnih dejavnikov, manifestacija difuzije v naravi, tehniki in vsakdanjem življenju.

Hipoteza: Difuzija je velikega pomena za človeka in naravo.

1.Teoretični del

1.1.Kaj je difuzija

Difuzija je spontano mešanje snovi v stiku, ki nastane kot posledica kaotičnega (neurejenega) gibanja molekul.

Druga definicija: difuzija ( lat. diffusio- širjenje, širjenje, disipacija) - proces prenosa snovi ali energije iz območja visoke koncentracije v območje nizke koncentracije.

Najbolj znan primer difuzije je mešanje plinov ali tekočin (če črnilo kapnemo v vodo, se tekočina čez nekaj časa enakomerno obarva).

Difuzija se pojavi v tekočinah, trdnih snoveh in plinih. Difuzija poteka najhitreje v plinih, počasneje v tekočinah in še počasneje v trdnih snoveh, kar je posledica narave toplotnega gibanja delcev v teh medijih. Pot vsakega delca plina je prekinjena črta, ker Pri trkih delci spremenijo smer in hitrost svojega gibanja. Stoletja so delavci varili kovine in proizvajali jeklo s segrevanjem trdnega železa v atmosferi ogljika, ne da bi imeli najmanjšo predstavo o difuzijskih procesih, ki potekajo. Šele leta 1896 začel preučevati problem.

Difuzija molekul je zelo počasna. Na primer, če kos sladkorja damo na dno kozarca vode in vode ne mešamo, bo trajalo več tednov, preden postane raztopina homogena.

1.2. Vloga difuzije v naravi

S pomočjo difuzije se v zraku širijo različne plinaste snovi: na primer dim požara se širi na velike razdalje. Če pogledate dimnike podjetij in izpušne cevi avtomobilov, lahko v mnogih primerih vidite dim v bližini cevi. In potem nekam izgine. Dim se zaradi difuzije raztopi v zraku. Če je dim gost, se njegov oblak razteza precej daleč.

Posledica difuzije je lahko izenačitev temperature v prostoru med prezračevanjem. Na enak način prihaja do onesnaženja zraka s škodljivimi industrijskimi proizvodi in izpušnimi plini vozil. Naravni vnetljivi plin, ki ga uporabljamo doma, je brez barve in vonja. Če pride do puščanja, ga ni mogoče opaziti, zato na distribucijskih postajah plinu mešajo posebno snov, ki ima oster, neprijeten vonj, ki ga človek zlahka zazna že pri zelo nizki koncentraciji. Ta varnostni ukrep vam omogoča, da hitro opazite kopičenje plina v prostoru, če pride do puščanja (slika 1).

Zahvaljujoč pojavu difuzije je spodnja plast atmosfere - troposfera - sestavljena iz mešanice plinov: dušika, kisika, ogljikovega dioksida in vodne pare. V odsotnosti difuzije bi prišlo do ločitve pod vplivom gravitacije: na dnu bi bila plast težkega ogljikovega dioksida, nad njo - kisik, zgoraj - dušik, inertni plini (slika 2).

Ta pojav opazujemo tudi na nebu. Primer difuzije so tudi razpršeni oblaki in kot je o tem natančno rekel F. Tyutchev: »Oblaki se topijo na nebu ...« (slika 3)

Načelo difuzije temelji na mešanju sladke vode s slano vodo, ko reke tečejo v morja. Difuzija raztopin različnih soli v tleh prispeva k normalni prehrani rastlin.

Difuzija ima pomembno vlogo v življenju rastlin in živali. Mravlje označujejo svojo pot s kapljicami dišeče tekočine in odkrijejo pot domov (slika 4)

Zahvaljujoč difuziji žuželke najdejo svojo hrano. Metulji, ki plapolajo med rastlinami, vedno najdejo pot do čudovite rože. Čebele, ko odkrijejo sladek predmet, ga napadejo s svojim rojem. In rastlina raste in cveti tudi zanje, zahvaljujoč difuziji. Konec koncev pravimo, da rastlina diha in izdihuje zrak, pije vodo in iz zemlje prejema različne mikroaditive.

Mesojedci najdejo svoje žrtve tudi z difuzijo. Morski psi zavohajo kri z več kilometrov daleč, tako kot ribe piraje (slika 5).

Difuzijski procesi igrajo pomembno vlogo pri oskrbi s kisikom naravnih rezervoarjev in akvarijev. V stoječih vodah kisik doseže globlje plasti vode zaradi difuzije skozi njihovo prosto površino. Na primer, listi ali vodna leča, ki pokrivajo površino vode, lahko popolnoma ustavijo dostop kisika do vode in povzročijo smrt njenih prebivalcev. Iz istega razloga so posode z ozkim vratom neprimerne za uporabo kot akvarij (slika 6).

Ugotovljeno je bilo že, da je v pomenu pojava difuzije za življenje rastlin in živali veliko skupnega. Najprej je treba opozoriti na vlogo difuzijske izmenjave skozi površino rastlin pri izvajanju dihalne funkcije. Pri drevesih je na primer posebno velik razvoj površine (listna krošnja), saj difuzijska izmenjava skozi površino listov opravlja funkcijo dihanja. K.A. Timirjazev je dejal: »Ne glede na to, ali govorimo o prehrani korenine zaradi snovi, ki se nahajajo v tleh, ali govorimo o zračni prehrani listov zaradi atmosfere ali o prehrani enega organa na račun drugega, sosednjega. - povsod se bomo zatekali k istim razlogom za razlago: difuzijo" (slika 7).

Zahvaljujoč difuziji kisik iz pljuč prodre v človeško kri, iz krvi pa v tkiva.

V znanstveni literaturi sem proučeval proces enosmerne difuzije – osmozo, t.j. difuzijo snovi skozi polprepustne membrane. Proces osmoze se od proste difuzije razlikuje po tem, da je na meji dveh tekočin v stiku ovira v obliki pregrade (membrane), ki je prepustna le za topilo in sploh ni prepustna za molekule raztopljene snovi. (slika 8).

Raztopine tal vsebujejo mineralne soli in organske spojine. Voda iz prsti pride v rastlino z osmozo skozi polprepustne membrane koreninskih laskov. Koncentracija vode v tleh je večja kot v koreninskih dlakah, zato voda prodre v zrno in daje rastlini življenje.

1.3. Vloga difuzije v vsakdanjem življenju in tehnologiji

Difuzija se uporablja v številnih tehnoloških procesih: soljenje, proizvodnja sladkorja (sekanci sladkorne pese se operejo z vodo, molekule sladkorja difundirajo iz sekancev v raztopino), izdelava marmelade, barvanje tkanin, pranje perila, cementiranje, varjenje in spajkanje kovin, vključno z difuzijo. difuzijsko varjenje v vakuumu (varijo se kovine, ki jih drugače ni mogoče spojiti – jeklo z litino, srebro z nerjavnim jeklom itd.) in difuzijsko metaliziranje izdelkov (površinska nasičenost jeklenih izdelkov z aluminijem, kromom, silicijem), nitriranje. - nasičenje jeklene površine z dušikom (jeklo postane trdo, odporno proti obrabi), karburizacija - nasičenje jeklenih izdelkov z ogljikom, cianidacija - nasičenje jeklene površine z ogljikom in dušikom.

Širjenje vonjav po zraku je najpogostejši primer difuzije v plinih. Zakaj se vonj ne razširi takoj, ampak čez nekaj časa? Dejstvo je, da med premikanjem v določeni smeri molekule dišeče snovi trčijo v molekule zraka. Pot vsakega delca plina je prekinjena črta, ker Pri trkih delci spremenijo smer in hitrost svojega gibanja.

2. Praktični del

Koliko neverjetnih in zanimivih stvari se dogaja okoli nas! Želim vedeti veliko, poskušam razložiti sam. Prav zaradi tega sem se odločil izvesti serijo poskusov, med katerimi sem skušal ugotoviti, ali je difuzijska teorija res veljavna in ali je potrjena v praksi. Vsaka teorija se lahko šteje za zanesljivo le, če je večkrat eksperimentalno potrjena.

Poskus št. 1 Opazovanje pojava difuzije v tekočinah

Tarča: študij difuzije v tekočini. Opazujte raztapljanje kosov kalijevega permanganata v vodi pri stalni temperaturi (pri t = 20 °C)

Naprave in materiali: kozarec vode, termometer, kalijev permanganat.

Vzel sem košček kalijevega permanganata in dva kozarca čiste vode pri temperaturi 20 °C. V kozarce je dala koščke kalijevega permanganata in začela opazovati, kaj se dogaja. Po 1 minuti se voda v kozarcih začne barvati.

Voda je dobro topilo. Pod vplivom molekul vode se uničijo vezi med molekulami trdnih snovi kalijevega permanganata.

V prvem kozarcu raztopine nisem mešal, v drugem pa sem. Z mešanjem vode (tresenjem) sem poskrbel, da je proces difuzije potekal veliko hitreje (2 minuti)

Barva vode v prvem kozarcu postaja s časom intenzivnejša. Molekule vode prodrejo med molekule kalijevega permanganata in prekinejo privlačne sile. Hkrati s privlačnimi silami med molekulami začnejo delovati odbojne sile in posledično pride do uničenja kristalne mreže trdne snovi. Postopek raztapljanja kalijevega permanganata je končan. Poskus je trajal 3 ure in 15 minut. Voda je postala popolnoma škrlatna (Slika 9-12).

Sklepamo lahko, da je pojav difuzije v tekočini dolgotrajen proces, zaradi katerega se trdne snovi raztopijo.

Želel sem ugotoviti, od česa je še odvisna hitrost difuzije.

Poskus št. 2 Preučevanje odvisnosti hitrosti difuzije od temperature

Cilj: preučite, kako temperatura vode vpliva na hitrost difuzije.

Naprave in materiali: termometri - 1 kos, štoparica - 1 kos, očala - 4 kosi, čaj, kalijev permanganat.

(izkušnje s pripravo čaja pri začetni temperaturi 20°C in pri temperaturi 100°C v dveh kozarcih).

Vzeli smo dva kozarca vode pri t=20 °C in t=100 °C. Slike prikazujejo potek eksperimenta po določenem času od začetka: na začetku poskusa - sl. 1, po 30 s. - Slika 2, po 1 minuti. - Slika 3, po 2 minutah. - Slika 4, po 5 minutah. - riž 5, po 15 minutah. - Slika 6. Iz te izkušnje lahko sklepamo, da na hitrost difuzije vpliva temperatura: višja kot je temperatura, večja je hitrost difuzije (slika 13-17).

Enake rezultate sem dobil, ko sem namesto čaja vzel 2 kozarca vode. V enem od njih je bila voda sobne temperature, v drugem pa vrela voda.

V vsak kozarec dam enako količino kalijevega permanganata. V kozarcu, kjer je bila temperatura vode višja, je proces difuzije potekal veliko hitreje (slika 18-23.)

Zato je hitrost difuzije odvisna od temperature – višja kot je temperatura, intenzivnejša je difuzija.

Poskus št. 3 Opazovanje difuzije s kemičnimi reagenti

Cilj: Opazovanje pojava difuzije na daljavo.

Oprema: vata, amoniak, fenolftalein, epruveta.

Opis doživetja: V epruveto nalijemo amoniak. Košček vate navlažimo s fenolftaleinom in ga položimo na vrh epruvete. Čez nekaj časa opazimo obarvanost flisa (slika 24-26).

Amoniak izhlapi; V fenolftalein namočeno vato so prodrle molekule amoniaka in ta se je obarvala, čeprav vata ni bila v stiku z alkoholom. Molekule alkohola so se mešale z molekulami zraka in dosegle vato. Ta poskus dokazuje pojav difuzije na daljavo.

Izkušnja št. 4. Opazovanje pojava difuzije v plinih

Cilj: preučevanje sprememb difuzije plinov v zraku v odvisnosti od sprememb sobne temperature.

Naprave in materiali Oprema: štoparica, parfum, termometer

Opis izkušenj in pridobljenih rezultatov: Študiral sem čas širjenja vonja po parfumu v pisarni V = 120 m 3 pri temperaturi t = +20 0. Zabeležen je bil čas od začetka širjenja vonja v prostoru do očitne občutljivosti pri ljudeh, ki so stali na razdalji 10 m od proučevanega predmeta (parfuma). (Slika 27-29)

Poskus št. 5 Raztapljanje kosov gvaša v vodi pri stalni temperaturi

Cilj:

Naprave in materiali: trije kozarci, voda, gvaš treh barv.

Opis izkušenj in pridobljenih rezultatov:

Vzeli so tri kozarce, napolnjene z vodo t = 25 0 C, in v kozarce vrgli enake kose gvaša.

Začeli smo opazovati raztapljanje gvaša.

Fotografije so bile posnete po 1 minuti, 5 minutah, 10 minutah, 20 minutah, raztapljanje se je končalo po 4 urah 19 minutah (Slika 30-34)

Poskus št. 6 Opazovanje pojava difuzije v trdnih snoveh

Cilj: opazovanje difuzije v trdnih snoveh.

Naprave in materiali: jabolko, krompir, korenje, zelena raztopina, pipeta.

Opis izkušenj in pridobljenih rezultatov:

Jabolko, korenje in krompir narežemo na eno od polovic.

Opazujemo, kako se madež širi po površini

Zarežemo na mestu stika z briljantno zeleno barvo, da vidimo, kako globoko je prodrla v notranjost (sl. 35-37)

Kako izvesti poskus za potrditev hipoteze o možnosti difuzije v trdnih snoveh? Ali je možno mešati snovi v takem agregatnem stanju? Najverjetneje je odgovor "da". Primerno pa je opazovati difuzijo v trdnih snoveh (zelo viskoznih) z uporabo gostih gelov. To je gosta raztopina želatine. Pripravimo jo lahko na naslednji način: 4-5 g suhe jedilne želatine raztopimo v hladni vodi. Želatina mora najprej nekaj ur nabrekniti, nato pa jo popolnoma raztopimo z mešanjem v 100 ml vode, ki jo spustimo v posodo z vročo vodo. Po ohlajanju dobimo 4-5% raztopino želatine.

Poskus št. 7 Opazovanje difuzije z uporabo gostih gelov

Cilj: Opazovanje pojava difuzije v trdnih snoveh (z gosto raztopino želatine).

Oprema: 4% raztopina želatine, epruveta, mali kristal kalijevega permanganata, pinceta.

Opis in rezultat poskusa: Raztopino želatine postavite v epruveto; v sredino epruvete s pinceto hitro vstavite kristal kalijevega permanganata.

Kristal kalijevega permanganata na začetku poskusa

Lokacija kristala v viali z raztopino želatine po 1,5 ure

V nekaj minutah bo okrog kristala začela rasti vijolična krogla, ki bo sčasoma postajala vse večja. To pomeni, da se kristalna snov širi v vse smeri z enako hitrostjo (Slika 38-39)

V trdnih snoveh pride do difuzije, vendar veliko počasneje kot v tekočinah in plinih.

Poskus št. 8 Temperaturna razlika v tekočini - toplotna difuzija

Cilj: Opazovanje pojava toplotne difuzije.

Oprema: 4 enake steklene posode, 2 barvni barvi, topla in hladna voda, 2 plastični kartici.

Opis in rezultat poskusa:

1. V posodi 1 in 2 dodajte malo rdeče barve, v posodi 3 in 4 pa modro barvo.

2. V posodi 1 in 2 nalijte vročo vodo.

3. V posodi 3 in 4 nalijte hladno vodo.

4. Posodo 1 pokrijte s plastično kartico, jo obrnite na glavo in položite na posodo 4.

5. Posodo 3 pokrijte s plastično kartico, jo obrnite na glavo in položite na posodo 2.

6. Odstranite obe kartici.

Ta poskus dokazuje učinek toplotne difuzije. V prvem primeru se vroča voda pojavi na vrhu hladne vode in do difuzije ne pride, dokler nista temperaturi enaki. In v drugem primeru je, nasprotno, vroče na dnu in hladno na vrhu. In v drugem primeru začnejo molekule tople vode težiti navzgor, molekule hladne vode pa navzdol (slika 41-44).

Zaključek

Med tem raziskovalnim delom je mogoče sklepati, da ima difuzija veliko vlogo v življenju ljudi in živali.

Iz tega raziskovalnega dela je mogoče sklepati, da je trajanje difuzije odvisno od temperature: višja kot je temperatura, hitreje poteka difuzija.

Pojav difuzije sem proučeval na primeru različnih snovi.

Hitrost pretoka je odvisna od vrste snovi: v plinih teče hitreje kot v tekočinah; v trdnih snoveh difuzija poteka veliko počasneje. To izjavo lahko razložimo na naslednji način: molekule plina so proste, nahajajo se na razdaljah, ki so veliko večje od velikosti molekul, in se gibljejo z velikimi hitrostmi. Molekule tekočin so razporejene tako naključno kot v plinih, vendar veliko gostejše. Vsaka molekula, obdana s sosednjimi molekulami, se počasi premika znotraj tekočine. Molekule trdnih snovi vibrirajo okoli ravnotežnega položaja.

Obstaja toplotna difuzija.

Bibliografija

Gendenstein, L.E. Fizika. 7. razred. 1. del / L.E. Gendenshtein, A.B., Kaidalov. - M: Mnemosyne, 2009.-255 str.;

Kirillova, I.G. Berilo iz fizike za učence 7. razreda srednjih šol / I.G. Kirillova.- M., 1986.-207 str.;

Olgin, O. Poskusi brez eksplozij / O. Olgin: Khimik, 1986.-192 str.;

Peryshkin, A.V. Učbenik za fiziko, 7. razred / A.V. Peryshkin.- M., 2010.-189 str.;

Razumovsky, V.G. Ustvarjalni problemi v fiziki / V.G. Razumovsky.- M., 1966.-159 str.;

Ryzhenkov, A.P. Fizika. Človek. Okolje: Dodatek k učbeniku fizike za 7. razred izobraževalnih ustanov / A.P. Ryzhenkov.- M., 1996.- 120 str.;

Čujanov, V.A. Enciklopedični slovar mladega fizika / V.A. Chuyanov.- M., 1984.- 352 str.;

Shablovsky, V. Zabavna fizika / V. Shablovsky. S.-P., Trigon, 1997.-416 str.

Aplikacija

slika 1

slika 2

slika 3

slika 4

slika 5

Slika 6

Slika 7

Delci topila (modri) lahko prečkajo membrano,

delci topljenca (rdeči) niso.

slika 8

slika 9

slika 10

slika 11

slika 12

Slika 13

slika 14

slika 15

Slika 16

slika 17

slika 18

Slika 19

slika 20

slika 21

slika 22

slika 23

slika 24

slika 25

slika 26

slika 27

slika 28

slika 29

slika 30

slika 31

slika 32

slika 33

slika 34

slika 35

slika 36

Absolutno vsi ljudje so slišali za tak koncept, kot je difuzija. To je bila ena od tem pri pouku fizike v 7. razredu. Kljub dejstvu, da nas ta pojav obdaja absolutno povsod, le malo ljudi ve zanj. Kaj to sploh pomeni? Kaj je to fizični pomen, in kako si lahko z njegovo pomočjo olajšate življenje? Danes bomo govorili o tem.

V stiku z

Difuzija v fiziki: definicija

To je proces prodiranja molekul ene snovi med molekule druge snovi. Preprosto povedano, ta postopek lahko imenujemo mešanje. Med tem mešanje nastane medsebojno prodiranje molekul snovi med seboj. Na primer, pri pripravi kave molekule instant kave prodrejo v molekule vode in obratno.

Hitrost tega fizičnega procesa je odvisna od naslednjih dejavnikov:

1. Temperatura.
2. Agregatno stanje snovi.
3. Zunanji vpliv.

Višja kot je temperatura snovi, hitreje se gibljejo molekule. torej postopek mešanja hitreje poteka pri visokih temperaturah.

Agregatno stanje snovi - najpomembnejši dejavnik. V vsakem agregatnem stanju se molekule premikajo z določeno hitrostjo.

Do difuzije lahko pride v naslednjih agregacijskih stanjih:

1. Tekočina.
2. Trdna.

Najverjetneje bo bralec zdaj imel naslednja vprašanja:

1. Kateri so vzroki za difuzijo?
2. Kje se zgodi hitreje?
3. Kako se uporablja v resničnem življenju?

Odgovore nanje najdete spodaj.

Vzroki

Čisto vse na tem svetu ima svoj razlog. IN difuzija ni izjema. Fiziki dobro razumejo razloge za njen nastanek. Kako jih lahko posredujemo povprečnemu človeku?

Zagotovo so vsi slišali, da so molekule v stalnem gibanju. Poleg tega je to gibanje neurejeno in kaotično, njegova hitrost pa je zelo visoka. Zahvaljujoč temu gibanju in nenehnemu trčenju molekul pride do njihovega medsebojnega prodiranja.

Ali obstajajo dokazi o tem gibanju? Vsekakor! Se spomnite, kako hitro ste začeli vonjati parfum ali deodorant? In vonj po hrani, ki jo vaša mama pripravlja v kuhinji? Spomnite se, kako hitro pripravo čaja ali kave. Vse to se ne bi moglo zgoditi, če ne bi bilo gibanja molekul. Sklepamo, da je glavni razlog za difuzijo nenehno gibanje molekul.

Sedaj ostaja samo eno vprašanje - kaj je povzročilo to gibanje? Vodi ga želja po ravnovesju. To pomeni, da v snovi obstajajo območja z visoko in nizko koncentracijo teh delcev. In zahvaljujoč tej želji se nenehno premikajo iz območja visoke koncentracije v nizko koncentracijo. Stalno so trčijo med seboj, in pride do medsebojnega prodiranja.

Difuzija v plinih

Proces mešanja delcev v plinih je najhitrejši. Lahko se pojavi tako med homogenimi plini kot med plini z različnimi koncentracijami.

Živahni primeri iz življenja:

1. Osvežilec zraka vonjate skozi difuzijo.
2. Vonjate hrano, ki se kuha. Upoštevajte, da ga začnete čutiti takoj, vonj po osvežilcu pa po nekaj sekundah. To je razloženo z dejstvom, da je pri visokih temperaturah hitrost gibanja molekul večja.
3. Solze, ki jih dobite pri sekljanju čebule. Molekule čebule se pomešajo z molekulami zraka in vaše oči se na to odzovejo.

Kako poteka difuzija v tekočinah?

Difuzija v tekočinah je počasnejša. Lahko traja od nekaj minut do nekaj ur.

Najbolj presenetljivi primeri iz življenja:

1. Priprava čaja ali kave.
2. Mešanje vode in kalijevega permanganata.
3. Priprava raztopine soli ali sode.

V teh primerih pride do difuzije zelo hitro (do 10 minut). Če pa se na postopek uporabi zunanji vpliv, na primer mešanje teh raztopin z žlico, bo postopek potekal veliko hitreje in ne bo trajal več kot eno minuto.

Difuzija pri mešanju gostejših tekočin bo trajala veliko dlje. Na primer, mešanje dveh tekočih kovin lahko traja več ur. Seveda lahko to storite v nekaj minutah, vendar bo v tem primeru delovalo zlitina nizke kakovosti.

Na primer, difuzija pri mešanju majoneze in kisle smetane bo trajala zelo dolgo. Če pa se zatečete k pomoči zunanjega vpliva, ta proces ne bo trajal niti minute.

Difuzija v trdnih snoveh: primeri

V trdnih snoveh poteka medsebojno prodiranje delcev zelo počasi. Ta proces lahko traja več let. Njegovo trajanje je odvisno od sestave snovi in ​​zgradbe njene kristalne mreže.

Poskusi, ki dokazujejo obstoj difuzije v trdnih snoveh.

1. Lepljenje dveh plošč iz različnih kovin. Če ti dve plošči držite blizu eno drugi in pod pritiskom, bo v petih letih med njima 1 milimeter široka plast. Ta majhna plast bo vsebovala molekule obeh kovin. Ti dve plošči bosta spojeni skupaj.
2. Na tanek svinčeni valj je nanesen zelo tanek sloj zlata. Po tem se ta struktura postavi v pečico 10 dni. Temperatura zraka v pečici je 200 stopinj Celzija. Ko so ta valj razrezali na tanke diske, je bilo zelo jasno vidno, da je svinec prodrl v zlato in obratno.

Primeri difuzije v okolju

Kot ste že razumeli, trši kot je medij, manjša je hitrost mešanja molekul. Zdaj pa se pogovorimo o tem, kje v resničnem življenju lahko dobite praktične koristi od tega fizičnega pojava.

Proces difuzije se v našem življenju nenehno pojavlja. Tudi ko ležimo na postelji, na površini rjuhe ostane zelo tanek sloj naše kože. Prav tako absorbira znoj. Zaradi tega postelja postane umazana in jo je treba zamenjati.

Torej, manifestacija tega procesa v vsakdanjem življenju je lahko naslednja:

1. Ko maslo namažete na kruh, se vanj vpije.
2. Pri vlaganju kumar sol najprej difundira z vodo, nato pa začne slana voda difundirati s kumarami. Kot rezultat dobimo okusen prigrizek. Banke je treba zviti. To je potrebno za zagotovitev, da voda ne izhlapi. Natančneje, molekule vode ne smejo difundirati z molekulami zraka.
3. Pri pomivanju posode molekule vode in detergenta prodrejo v molekule preostalih kosov hrane. To jim pomaga, da se odstranijo s krožnika in postanejo čistejši.

Manifestacija difuzije v naravi:

1. Proces oploditve se pojavi ravno zaradi tega fizikalnega pojava. Molekule jajčeca in sperme se razpršijo, nato pa se pojavi zarodek.
2. Gnojenje tal. Z uporabo določenih kemikalij ali komposta postane zemlja bolj rodovitna. Zakaj se to dogaja? Ideja je, da se molekule gnojila razpršijo z molekulami zemlje. Po tem pride do procesa difuzije med molekulami zemlje in korenino rastline. Zahvaljujoč temu bo sezona bolj produktivna.
3. Mešanje industrijskih odpadkov z zrakom ga zelo onesnažuje. Zaradi tega postane zrak v radiju kilometra zelo umazan. Njegove molekule difundirajo z molekulami čistega zraka iz sosednjih območij. Tako se okoljske razmere v mestu slabšajo.

Manifestacija tega procesa v industriji:

1. Silikonizacija je proces difuzijske nasičenosti s silicijem. Izvaja se v plinski atmosferi. S silicijem nasičena plast dela nima zelo visoke trdote, vendar ima visoko odpornost proti koroziji in povečano odpornost proti obrabi v morski vodi, dušikovi, klorovodikovi in ​​žveplovi kislini.
2. Difuzija v kovinah igra pomembno vlogo pri izdelavi zlitin. Za pridobitev visokokakovostne zlitine je potrebna izdelava zlitin pri visokih temperaturah in zunanjih vplivih. To bo znatno pospešilo proces difuzije.

Ti procesi se pojavljajo v različnih panogah:

1. Elektronski.
2. Polprevodnik.
3. Strojništvo.

Kot veste, ima lahko proces difuzije pozitivne in negativne učinke na naša življenja. Morate biti sposobni upravljati svoje življenje in povečati koristi tega fizičnega pojava, pa tudi zmanjšati škodo.

Zdaj poznate bistvo takšnega fizičnega pojava, kot je difuzija. Sestoji iz medsebojnega prodiranja delcev zaradi njihovega gibanja. In v življenju se čisto vse premakne. Če ste študent, potem boste po branju našega članka zagotovo prejeli oceno 5. Vso srečo!