La oss starte med at væsken er en mellomliggende aggregeringstilstand. Ved det kritiske kokepunktet ligner det gasser, og ved lave temperaturer vises egenskaper som ligner på et fast stoff. En væske har ikke en ideell modell, noe som i betydelig grad kompliserer beskrivelsen av dens termodynamiske likevektsegenskaper, frysepunkt, viskositet, diffusjon, termisk ledningsevne, overflatespenning, entropi, entalpi.
Definition
Hva er diffusjon? Dette er spredning, distribusjon, bevegelse av partikler i mediet, som fører til overføring av materie, etablering av likevektskonsentrasjoner. I fravær av ytre påvirkninger bestemmes denne prosessen av den termiske bevegelsen til partiklene. I dette tilfellet er diffusjonsprosessen direkte proporsjonal med konsentrasjonen. Diffusjonsfluksen vil endre seg på samme måte som konsentrasjonsgradienten.
varianter
Hvis diffusjon i en væske fortsetter med en temperaturendring, kalles det termisk diffusjon, i et elektrisk felt - elektrodiffusjon.
Prosessen med bevegelse av store partikler i en væske eller gass skjer underlovene for brownsk bevegelse.
Features of flow
Diffusjon i gasser, væsker og faste stoffer fortsetter med forskjellige hastigheter. På grunn av forskjeller i arten av den termiske bevegelsen til partikler i forskjellige medier, har prosessen maksimal hastighet i gasser, og minimumshastighet - i faste stoffer.
Banen til partikkelen er en brutt linje, siden retningen og hastigheten endres med jevne mellomrom. På grunn av den uordnede bevegelsen observeres en gradvis fjerning av partikkelen fra sin opprinnelige posisjon. Dens forskyvning langs en rett linje er mye kortere enn banen som finner sted langs en brutt bane.
Ficks lov
Diffusjon i en væske følger to Ficks lover:
- diffusjonsflukstetthet er direkte proporsjonal med konsentrasjon med diffusjonskoeffisient;
- Endringshastigheten i diffusjonsflukstettheten er direkte proporsjonal med endringshastigheten i konsentrasjon og har motsatt retning.
Diffusjon i en væske er preget av hopp av molekyler fra en likevektsposisjon til en annen. Hvert slikt hopp observeres når energi gis til molekylet i et volum som er tilstrekkelig til å bryte bindingen med andre partikler. Det gjennomsnittlige hoppet overskrider ikke avstanden mellom molekylene.
Når vi diskuterer hva diffusjon i en væske er, legger vi merke til at prosessen avhenger av temperatur. Med økningen skjer "løsnelsen" av den flytende strukturen, som et resultat av at det er en kraftig økning iantall hopp per tidsenhet.
Diffusjon i gasser, væsker og faste stoffer har noen særegne egenskaper. For eksempel, i faste stoffer, er mekanismen assosiert med bevegelsen av atomer i krystallgitteret.
Funksjoner ved fenomenet
Diffusjon i en væske er av praktisk interesse på grunn av det faktum at den er ledsaget av utjevning av konsentrasjonen av et stoff i et opprinnelig inhomogent medium. Betydelig flere partikler slipper ut fra områder med høy konsentrasjon.
Eksperimenter
Eksperimenter med væsker har vist at diffusjon er spesielt viktig i kjemisk kinetikk. I løpet av en kjemisk prosess på overflaten av reaktanter eller en katalysator, bidrar denne prosessen til å bestemme hastigheten for fjerning av reaksjonsprodukter og tilsetning av initiale reagenser.
Hva forklarer diffusjon i væsker? Løsemiddelmolekyler er i stand til å trenge gjennom gjennomskinnelige membraner, noe som resulterer i et osmotisk trykk. Dette fenomenet har funnet anvendelse i kjemiske og fysiske metoder for separering av stoffer.
Biologiske systemer
I dette tilfellet kan diffusjonsmodeller vurderes på eksemplet med luftoksygen som kommer inn i lungene, absorpsjon av fordøyelsesprodukter fra tarmen inn i blodet, absorpsjon av mineralelementer av rothår. Diffusjon av ioner skjer under generering av bioelektriske impulser av muskel- og nerveceller.
Fysisk faktor som påvirkerselektiviteten til akkumulering i cellene i kroppen av visse elementer, er den forskjellige penetrasjonshastigheten av ioner gjennom cellemembranene. Denne prosessen kan uttrykkes ved Ficks lov, som erstatter verdien av diffusjonskoeffisienten med membranpermeabiliteten, og i stedet for konsentrasjonsgradienten, bruk forskjellen i verdier på begge sider av membranen. Med diffusjonspenetrasjon av vann og gasser inn i cellen, endres de osmotiske trykkindikatorene utenfor og inne i cellen.
Ved å analysere hva diffusjon avhenger av, merker vi at det finnes flere typer av denne prosessen. Den enkle formen er assosiert med fri overføring av ioner og molekyler mot gradienten av deres elektrokjemiske potensial. For eksempel er dette alternativet egnet for de stoffene der molekylene er små, for eksempel metylalkohol, vann.
Begrenset variant forutsetter en svak overføring av materie. For eksempel kan selv små partikler ikke trenge inn i en celle.
Historiesider
Diffusjon ble oppdaget under storhetstiden til gammel gresk kultur. Democritus og Anaxogoras var overbevist om at ethvert stoff består av atomer. De forklarte mangfoldet av stoffer som er vanlige i naturen ved forbindelsene mellom individuelle atomer. De antok at disse partiklene kunne blandes for å danne nye stoffer. Blant grunnleggerne av den molekylær-kinetiske teorien, som forklarte diffusjonsmekanismen, spilte Mikhail Lomonosov en spesiell rolle. De ga en definisjon av et molekyl, et atom og forklarte oppløsningsmekanismen.
Eksperimenter
Erfaring med sukker lar deg forstå alle funksjonene ved diffusjon. Hvis du legger en sukkerbit i kald te, vil det gradvis dannes en tykk sirup i bunnen av koppen. Det er synlig for det blotte øye. Etter en tid vil sirupen være jevnt fordelt over hele væskevolumet og vil ikke lenger være synlig. Denne prosessen foregår spontant og involverer ikke blanding av komponentene i løsningen. På samme måte sprer duften av parfyme seg gjennom hele rommet.
Eksperimentene ovenfor viser at diffusjon er en spontan prosess for penetrering av molekyler av ett stoff inn i et annet. Spredning av materie skjer i alle retninger, til tross for tilstedeværelsen av gravitasjon. En slik prosess er en direkte bekreftelse på den konstante bevegelsen til stoffets molekyler.
I eksemplet ovenfor utføres derfor diffusjonen av sukker- og vannmolekyler, som er ledsaget av en jevn fordeling av organiske stoffmolekyler gjennom hele væskevolumet.
Eksperimenter gjør det mulig å oppdage diffusjon ikke bare i væsker, men også i gassformige stoffer. For eksempel kan du installere en beholder med eterdamp på vekten. Gradvis vil koppene komme i balanse, da blir glasset med eter tyngre. Hva er årsaken til dette fenomenet?
Over tid blandes etermolekyler med luftpartikler, og en spesifikk lukt begynner å merkes i rommet. I et fysikkkurs på videregående vurderes et eksperiment der en lærer løser opp et korn av kaliumpermanganat (kaliumpermanganat) i vann. Til å begynne med er en tydelig bane for kornbevegelse synlig,men gradvis får hele løsningen en jevn nyanse. Basert på eksperimentet forklarer læreren egenskapene til diffusjon.
For å identifisere faktorer som påvirker hastigheten på prosessen i væsker, kan du bruke vann med forskjellige temperaturer. I en varm væske observeres prosessen med gjensidig blanding av molekyler mye raskere, derfor er det en direkte sammenheng mellom temperaturverdien og diffusjonshastigheten.
Konklusjon
Eksperimenter utført med gasser, væsker og faste stoffer gjør det mulig å formulere fysikkens lover, etablere forholdet mellom individuelle mengder.
Det var som et resultat av eksperimentene at mekanismen for gjensidig penetrering av partikler av en substans inn i en annen ble etablert, den kaotiske karakteren av deres bevegelse ble bevist. Empirisk ble det funnet at diffusjon skjer raskest i gassformige stoffer. Denne prosessen er av stor betydning for dyrelivet, brukes i vitenskap og teknologi.
Takket være dette fenomenet opprettholdes den homogene sammensetningen av jordens atmosfære. Ellers vil stratifiseringen av troposfæren til separate gassformige stoffer bli observert, og tungt karbondioksid, uegnet for å puste, ville være nærmest overflaten av planeten vår. Hva ville det føre til? Dyrelivet ville rett og slett slutte å eksistere.
Diffusjonens rolle i planteverdenen er også stor. Den frodige kronen av trær kan forklares med diffusjonsutveksling gjennom overflaten av bladene. Som et resultat utføres ikke bare pusting, men også ernæringen til treet. For tiden i landbruketdet brukes bladfôring av busker og trær, som innebærer å sprøyte kronen med spesielle kjemiske forbindelser.
Det er under diffusjon at planten mottar næring fra jorda. Fysiologiske prosesser som forekommer i levende organismer er også assosiert med dette fenomenet. For eksempel er s altbalanse umulig uten diffusjon. Slike prosesser er av stor betydning for å forsyne innsjøer og elver med oksygen. Gassen kommer inn i dypet av reservoaret nøyaktig ved diffusjon. Hvis en slik prosess var fraværende, ville livet inne i reservoaret slutte å eksistere.
Inntaket av medikamenter som lar en person beskytte seg mot patogener av ulike sykdommer og forbedrer velvære er også basert på diffusjon. Dette fenomenet brukes i sveising av metaller, produksjon av sukkerjuice fra betechips og tilberedning av konfekt. Det er vanskelig å finne en slik gren av moderne industri der diffusjon ikke brukes.
