Låt oss börja med det faktum att vätskan är ett mellanliggande aggregationstillstånd. Vid den kritiska kokpunkten liknar det gaser, och vid låga temperaturer uppträder egenskaper som liknar ett fast ämne. En vätska har inte en ideal modell, vilket avsevärt komplicerar beskrivningen av dess termodynamiska jämviktsegenskaper, fryspunkt, viskositet, diffusion, värmeledningsförmåga, ytspänning, entropi, entalpi.
Definition
Vad är diffusion? Detta är spridningen, distributionen, rörelsen av partiklar i mediet, vilket leder till överföring av materia, upprättande av jämviktskoncentrationer. I frånvaro av yttre påverkan bestäms denna process av partiklarnas termiska rörelse. I detta fall är diffusionsprocessen direkt proportionell mot koncentrationen. Diffusionsflödet kommer att ändras på samma sätt som koncentrationsgradienten.
Varieties
Om diffusion i en vätska fortsätter med en temperaturförändring kallas det termisk diffusion, i ett elektriskt fält - elektrodiffusion.
Förflyttningsprocessen för stora partiklar i en vätska eller gas sker underlagar för Brownsk rörelse.
Features of flow
Diffusion i gaser, vätskor och fasta ämnen fortsätter med olika hastigheter. På grund av skillnader i arten av den termiska rörelsen av partiklar i olika medier, har processen den maximala hastigheten i gaser och den lägsta hastigheten - i fasta ämnen.
Partikelns bana är en streckad linje, eftersom riktningen och hastigheten periodvis ändras. På grund av den oordnade rörelsen observeras ett gradvist avlägsnande av partikeln från dess ursprungliga position. Dess förskjutning längs en rak linje är mycket kortare än vägen som äger rum längs en bruten bana.
Ficks lag
Diffusion i en vätska följer två Ficks lagar:
- diffusionsflödestätheten är direkt proportionell mot koncentrationen med diffusionskoefficient;
- Förändringshastigheten i diffusionsflödestätheten är direkt proportionell mot förändringshastigheten i koncentrationen och har motsatt riktning.
Diffusion i en vätska kännetecknas av hopp av molekyler från en jämviktsposition till en annan. Varje sådant hopp observeras när energi tillförs molekylen i en volym som är tillräcklig för att bryta bindningen med andra partiklar. Det genomsnittliga hoppet överstiger inte avståndet mellan molekylerna.
När vi diskuterar vad diffusion i en vätska är, noterar vi att processen beror på temperaturen. Med dess ökning sker "lossningen" av vätskestrukturen, vilket leder till en kraftig ökning avantalet hopp per tidsenhet.
Diffusion i gaser, vätskor och fasta ämnen har vissa utmärkande egenskaper. Till exempel i fasta ämnen är mekanismen associerad med atomernas rörelse i kristallgittret.
Fenomenets egenskaper
Diffusion i en vätska är av praktiskt intresse på grund av det faktum att den åtföljs av utjämning av koncentrationen av ett ämne i ett initi alt inhomogent medium. Betydligt fler partiklar kommer ut från områden med hög koncentration.
Experiment
Experiment med vätskor har visat att diffusion är av särskild betydelse i kemisk kinetik. Under loppet av en kemisk process på ytan av reaktanter eller en katalysator bidrar denna process till bestämningen av hastigheten för avlägsnande av reaktionsprodukter och tillsatsen av initiala reagenser.
Vad förklarar diffusion i vätskor? Lösningsmedelsmolekyler kan penetrera genom genomskinliga membran, vilket resulterar i ett osmotiskt tryck. Detta fenomen har funnit tillämpning i kemiska och fysikaliska metoder för separation av ämnen.
Biologiska system
I det här fallet kan diffusionsmodeller övervägas på exemplet med luftsyre som kommer in i lungorna, absorption av matsmältningsprodukter från tarmen till blodet, absorption av mineralämnen genom rothår. Diffusion av joner sker under generering av bioelektriska impulser av muskel- och nervceller.
Fysisk faktor som påverkarselektiviteten av ackumuleringen i cellerna i kroppen av vissa element, är den olika hastigheten för penetration av joner genom cellmembranen. Denna process kan uttryckas av Ficks lag, som ersätter värdet på diffusionskoefficienten med membranpermeabiliteten, och istället för koncentrationsgradienten, använd skillnaden i värden på båda sidor av membranet. Med diffusionspenetration av vatten och gaser in i cellen förändras de osmotiska tryckindikatorerna utanför och inuti cellen.
När vi analyserar vad diffusion beror på, noterar vi att det finns flera typer av denna process. Den enkla formen är förknippad med den fria överföringen av joner och molekyler mot gradienten av deras elektrokemiska potential. Till exempel är det här alternativet lämpligt för de ämnen där molekylerna är små, till exempel metylalkohol, vatten.
Begränsad variant förutsätter en svag överföring av materia. Till exempel kan inte ens små partiklar tränga in i en cell.
Historiksidor
Diffusion upptäcktes under den antika grekiska kulturens storhetstid. Democritus och Anaxogoras var övertygade om att vilket ämne som helst består av atomer. De förklarade mångfalden av ämnen som är vanliga i naturen genom kopplingarna mellan enskilda atomer. De antog att dessa partiklar kunde blandas för att bilda nya ämnen. Bland grundarna av den molekylär-kinetiska teorin, som förklarade diffusionsmekanismen, spelade Mikhail Lomonosov en speciell roll. De gav en definition av en molekyl, en atom och förklarade upplösningsmekanismen.
Experiment
Erfarenhet av socker gör att du kan förstå alla funktioner i diffusion. Om du lägger en sockerbit i kallt te kommer det gradvis att bildas en tjock sirap i botten av koppen. Det är synligt för blotta ögat. Efter en tid kommer sirapen att fördelas jämnt över hela vätskans volym och kommer inte längre att vara synlig. Denna process fortskrider spontant och involverar inte blandning av komponenterna i lösningen. På samma sätt sprider sig doften av parfym i hela rummet.
Experimenten ovan visar att diffusion är en spontan process för penetration av molekyler av ett ämne in i ett annat. Spridningen av materia sker i alla riktningar, trots närvaron av gravitation. En sådan process är en direkt bekräftelse på den ständiga rörelsen av materiens molekyler.
I exemplet ovan genomförs således diffusionen av socker- och vattenmolekyler, vilket åtföljs av en enhetlig fördelning av organiskt material genom hela vätskans volym.
Experiment gör det möjligt att detektera diffusion inte bara i vätskor, utan även i gasformiga ämnen. Till exempel kan du installera en behållare med eterånga på vågen. Gradvis kommer kopparna i balans, då blir glaset med eter tyngre. Vad är orsaken till detta fenomen?
Med tiden blandas etermolekyler med luftpartiklar och en specifik lukt börjar kännas i rummet. I en gymnasiekurs i fysik övervägs ett experiment där en lärare löser upp ett korn av kaliumpermanganat (kaliumpermanganat) i vatten. Till en början är en tydlig bana för kornrörelser synlig,men gradvis får hela lösningen en enhetlig nyans. Baserat på experimentet förklarar läraren egenskaperna hos diffusion.
För att identifiera faktorer som påverkar processens hastighet i vätskor kan du använda vatten med olika temperaturer. I en het vätska observeras processen med ömsesidig blandning av molekyler mycket snabbare, därför finns det ett direkt samband mellan temperaturvärdet och diffusionshastigheten.
Slutsats
Experiment utförda med gaser, vätskor och fasta ämnen gör det möjligt att formulera fysikens lagar, fastställa sambandet mellan individuella storheter.
Det var som ett resultat av experimenten som mekanismen för ömsesidig penetration av partiklar av ett ämne in i ett annat etablerades, den kaotiska karaktären av deras rörelse bevisades. Empiriskt fann man att diffusion sker snabbast i gasformiga ämnen. Denna process är av stor betydelse för vilda djur och används inom vetenskap och teknik.
Tack vare detta fenomen bibehålls den homogena sammansättningen av jordens atmosfär. Annars skulle skiktningen av troposfären till separata gasformiga ämnen observeras, och tung koldioxid, olämplig för andning, skulle vara närmast vår planets yta. Vad skulle det leda till? Vilda djur skulle helt enkelt upphöra att existera.
Diffusionens roll i växtvärlden är också stor. Trädens frodiga krona kan förklaras av diffusionsutbyte genom lövens yta. Som ett resultat utförs inte bara andning, utan också näringen av trädet. För närvarande inom jordbruketbladmatning av buskar och träd används, vilket innebär att kronan sprutas med speciella kemiska föreningar.
Det är under diffusion som växten får näring från jorden. Fysiologiska processer som förekommer i levande organismer är också förknippade med detta fenomen. Till exempel är s altbalans omöjlig utan diffusion. Sådana processer är av stor betydelse för att förse sjöar och floder med syre. Gasen kommer in i reservoarens djup exakt genom diffusion. Om en sådan process saknades skulle livet inuti reservoaren upphöra att existera.
Intaget av läkemedel som gör att en person kan skydda sig mot patogener av olika sjukdomar och förbättra välbefinnandet är också baserat på diffusion. Detta fenomen används vid svetsning av metaller, framställning av sockerjuice från betchips och beredning av konfektyr. Det är svårt att hitta en sådan gren av modern industri där diffusion inte används.
