Difuzija u tekućini: uvjeti procesa, primjeri. Eksperimenti s tekućinama

Počnimo s činjenicom da je tekućina usputna stanje agregacije. U kritičnom trenutku je sličan točke ključanja plinova i pri niskim temperaturama, manifestirati iste karakteristike kao i čvrsta. Ni u tekućem idealnom modelu, što znatno otežava opis njegova ravnoteže termodinamičkih svojstava, ledišta, viskoznost, difuziju, toplinska vodljivost, površinska napetost, entropija, entalpija.

definicija

Što je difuzija? Ovo širenje, širenje, kretanje čestica medija, što dovodi do prijenosa tvari, uspostavljanje ravnotežnih koncentracija. U odsutnosti vanjskih utjecaja, taj proces određuje se toplinskim gibanjem čestica. U ovom slučaju difuzija je povezana s koncentracijom u izravno proporcionalnom odnosu. Fluor difuzije će također biti sličan gradijent koncentracije.

vrsta

Ako se pojavljuje difuzija u tekućini s promjenom temperature, to se naziva termička difuzija, u električnom polju, elektrodifuzijom.

Postupak gibanja čestica velikih dimenzija u tekućini ili plinu događa se pod zakonima Brownianskog gibanja.

Značajke perkolacije

Difuzija u plinovima, tekućinama i krutinama prolazi različitim stopama. Zbog razlika u prirodi toplinskog gibanja čestica u različitim sredinama, maksimalna brzina postupka je u plinovima, a minimalne stope - u čvrste tvari.

Putanja gibanja čestice je slomljena crta, jer se smjer i brzina povremeno mijenjaju. Zbog poremećaja gibanja promatra se postupno uklanjanje čestice iz prvobitnog položaja. Premještanje duž pravca je puno kraći od puta koji se odvija uz slomljena putanja.

Fickov zakon

Difuzija u tekućini pokorava dva Fick zakona:

• gustoća difuzijskog toka je izravno proporcionalna koncentraciji s difuzijskim koeficijentom;
• brzina promjene gustoće protoka difuzije izravno je proporcionalna stopi promjene koncentracije i ima obrnuti smjer.

Difuzija u tekućini karakterizira skokovi molekula s jednog ravnotežnog položaja u drugi. Svaki takav skok se opaža kada se energija priopćuje molekuli u volumenu dovoljnoj da prekine vezu s drugim česticama. Prosječna vrijednost skok ne prelazi udaljenost između molekula.

Razmišljajući o tome što je difuzija u tekućini, napominjemo da proces ovisi o temperaturi. Uz njegovo povećanje, tekuća struktura "labav", što rezultira oštrim povećanjem broja skokova po jedinici vremena.

Difuzija u plinovima, tekućinama i krutinama ima neke osobitosti. Na primjer, u krutinama mehanizam je povezan s kretanjem atoma unutar kristalne rešetke.

Značajke ovog fenomena

Difuzija u tekućini je od praktičnog interesa zbog činjenice da je praćeno izjednačavanjem koncentracije tvari u početku nehomogenog medija. Od mjesta koja imaju visoku koncentraciju čestica, mnogo se više odvija.

pokusi

Eksperimenti s tekućinama pokazali su da je difuzija od posebnog značaja u kemijskoj kinetici. Tijekom kemijskog procesa na površini reaktanata ili katalizatora, ovaj postupak pomaže odrediti brzinu uklanjanja produkata reakcije i dodavanje inicijalnih reagensa.

Što objašnjava difuziju u tekućinama? Molekule otapala mogu prodrijeti kroz polutransparentne membrane, što rezultira osmotskim tlakom. Ovaj fenomen je pronašao primjenu u kemijskim i fizikalnim metodama odvajanja tvari.

Biološki sustavi

U tom slučaju, uzorak difuzije može se smatrati kao primjer za zrak koji ulazi u pluća apsorpcije iz crijeva kisika u krvi proizvode probave, apsorpcija, korijen dlake mineralnih elemenata. Difuzija iona odvija tijekom stvaranja mišića i živčanih impulsa bioelektrične stanica.

Fizički čimbenik koji utječe na selektivnost akumulacije u određenim stanicama tijela elemenata različita brzina propusnosti iona kroz stanične membrane. Ovaj proces može se izraziti Fick zakonom, zamjenjujući vrijednost koja indicira difuzijskog koeficijenta propusnosti membrane, a koncentracija gradijent umjesto koriste razlika vrijednosti na obje strane membrane. Uz difuzijsku penetraciju vode i plinova u stanicu, osmotski indeksi tlaka variraju izvan i unutar stanice.

Analizirajući koja difuzija ovisi, napominjemo da se pojedini tipovi procesa izdvajaju. Jednostavan oblik je povezan s slobodnim prijenosom iona i molekula prema gradijentu njihovog elektrokemijskog potencijala. Na primjer, slična varijanta pogodna je za one tvari u kojima molekule imaju male dimenzije, na primjer, metilni alkohol, voda.

Ograničena verzija podrazumijeva slab prijenos materije. Na primjer, čak i male čestice ne mogu prodrijeti u ćeliju.

Stranice povijesti

Difuzija je otkrivena tijekom zrelosti drevne grčke kulture. Demokrit i Anaxogoria bili su uvjereni da se svaka tvar sastoji od atoma. Raznolikost tvari uobičajene u prirodi, objašnjene su spojevima svakog pojedinačnog atoma. Pretpostavili su da se te čestice mogu miješati, stvarajući nove tvari. Među osnivačima molekularno-kinetičke teorije, koja je objašnjavala mehanizam difuzije, posebnu ulogu imala Mikhail Lomonosov. Dobio je definiciju molekule, atom, objasnio mehanizam raspadanja.

pokusi

Eksperiment sa šećerom omogućuje razumijevanje svih značajki difuzije. Ako se komad šećera stavlja u hladni čaj, na dnu čaše postupno se formira gusti sirup. Vidljivo je golim okom. Nakon nekog vremena sirup će biti ravnomjerno raspoređen po volumenu tekućine i prestat će biti vidljiv. Taj se proces spontano odvija i ne uključuje miješanje komponenti otopine. Slično tome, miris parfema se širi cijelom sobom.

Gornji eksperimenti ukazuju da je difuzija spontani proces prodiranja molekula jedne tvari u drugu. Raspodjela materije događa se u svim smjerovima, unatoč prisutnosti gravitacije. Takav je proces izravna potvrda stalnog kretanja molekula materije.

Tako, u gornjem primjeru, to se provodi difuziju molekule šećera i vode, što je popraćeno jednolike raspodjele molekula organske tvari u cijelom volumenu.

Eksperimenti omogućuju otkrivanje difuzije ne samo u tekućinama već iu plinovitim tvarima. Na primjer, možete instalirati spremnik s parovima etera na vagi. Postupno će čaše doći u ravnotežu, a staklo s eterom biti će teže. Koji je razlog tom fenomenu?

Tijekom vremena, eterske molekule se miješaju s česticama zraka i počinje se osjećati specifičan miris u sobi. U tijeku fizike srednje škole razmotrit će se eksperiment u kojem učitelj otapa žito kalijevog permanganata u vodi. U početku je vidljiva jasna putanja kretanja zrna, ali postupno cijela otopina postiže ravnu nijansu. Na temelju eksperimenta, nastavnik objašnjava značajke difuzije.

Da biste utvrdili čimbenike koji utječu na brzinu procesa u tekućinama, možete koristiti vodu na različitim temperaturama. Kod vruće tekućine, proces međusobnog miješanja molekula je promatran puno brže, pa stoga postoji izravan odnos između vrijednosti temperature i brzine difuzije.

zaključak

Eksperimenti izvedeni s plinovima, tekućinama i krutine dopušta nam formuliranje zakona fizike, uspostavljanje odnosa između pojedinih količina.

Kao rezultat eksperimenata bio je uspostavljen mehanizam za međusobno prodiranje čestica jedne supstance u drugu, dokazana je kaotična priroda njihova kretanja. Nađeno je eksperimentalno da se difuzija u plinovitim tvarima najbrže javlja. Taj je proces od velike važnosti za biljni i životinjski svijet, koristi se u znanosti i tehnologiji.

Zbog ovog fenomena, održava se homogeni sastav Zemljine atmosfere. Inače će se uočiti stratifikacija troposfere u odvojenu plinovitu supstancu, a teški ugljični dioksid, nesposoban za disanje, bio bi najbliži površini našeg planeta. Što bi to moglo dovesti do toga? Živa priroda jednostavno bi prestala postojati.

Uloga difuzije u biljnom svijetu također je velika. Bujna kruna drveća može se objasniti difuzijom kroz površinu listova. Kao rezultat toga, ne samo disanje, već i hranjenje stabla. U trenutno koriste u poljoprivredi folijarne primjene grmlja i drveća, sugerirajući prskanja kruna specijalnih kemijskih sastava.

Tijekom difuzije biljka prima hranjive tvari iz tla. Fiziološki procesi koji se javljaju u živim organizmima također su povezani s ovim fenomenom. Na primjer, ravnoteža soli nije moguća bez difuzije. Takvi procesi imaju veliku ulogu u opskrbi jezera i rijeka s kisikom. Plin pada u dubine spremnika upravo difuzijom. Ako takav proces bude odsutan, život u rezervoaru prestaje postojati.

Uzimanje lijekova koji omogućuju osobi da se zaštiti od patogena različitih bolesti i poboljšava njihovo blagostanje također se temelji na difuziji. Taj se fenomen koristi u zavarivanju metala, dobivanju sokova od šećera iz njihovih žitarica, pripreme slatkišnih proizvoda. Teško je pronaći takvu granu moderne industrije, gdje god se difuzija primjenjuje.