Lad os starte med, at væsken er en mellemliggende aggregeringstilstand. Ved det kritiske kogepunkt ligner det gasser, og ved lave temperaturer fremkommer egenskaber, der ligner et fast stof. En væske har ikke en ideel model, hvilket væsentligt komplicerer beskrivelsen af dens termodynamiske ligevægtsegenskaber, frysepunkt, viskositet, diffusion, termisk ledningsevne, overfladespænding, entropi, entalpi.
Definition
Hvad er diffusion? Dette er spredning, fordeling, bevægelse af partikler i mediet, som fører til overførsel af stof, etablering af ligevægtskoncentrationer. I fravær af ydre påvirkninger bestemmes denne proces af partiklernes termiske bevægelse. I dette tilfælde er diffusionsprocessen direkte proportional med koncentrationen. Diffusionsfluxen vil ændre sig på samme måde som koncentrationsgradienten.
varianter
Hvis diffusion i en væske fortsætter med en temperaturændring, kaldes det termisk diffusion i et elektrisk felt - elektrodiffusion.
Processen med bevægelse af store partikler i en væske eller gas sker underlovene for Brownsk bevægelse.
Features of flow
Diffusion i gasser, væsker og faste stoffer forløber med forskellige hastigheder. På grund af forskelle i arten af den termiske bevægelse af partikler i forskellige medier, har processen den maksimale hastighed i gasser og minimumshastigheden - i faste stoffer.
Partiklens bane er en stiplet linje, da retningen og hastigheden periodisk ændres. På grund af den uordnede bevægelse observeres en gradvis fjernelse af partiklen fra dens oprindelige position. Dens forskydning langs en lige linje er meget kortere end den sti, der finder sted langs en brudt sti.
Ficks lov
Diffusion i en væske overholder to Ficks love:
- diffusionsfluxtæthed er direkte proportional med koncentrationen med diffusionskoefficient;
- Ændringshastigheden i diffusionsfluxtætheden er direkte proportional med ændringshastigheden i koncentrationen og har den modsatte retning.
Diffusion i en væske er karakteriseret ved spring af molekyler fra en ligevægtsposition til en anden. Hvert sådant spring observeres, når energi tildeles molekylet i et volumen, der er tilstrækkeligt til at bryde bindingen med andre partikler. Det gennemsnitlige spring overstiger ikke afstanden mellem molekylerne.
Når vi diskuterer, hvad diffusion i en væske er, bemærker vi, at processen afhænger af temperaturen. Med dens stigning sker "løsnelsen" af den flydende struktur, som et resultat af hvilken der er en kraftig stigning iantallet af hop pr. tidsenhed.
Diffusion i gasser, væsker og faste stoffer har nogle karakteristiske egenskaber. For eksempel i faste stoffer er mekanismen forbundet med bevægelsen af atomer inden for krystalgitteret.
Fænomenets funktioner
Diffusion i en væske er af praktisk interesse på grund af det faktum, at den er ledsaget af udligning af koncentrationen af et stof i et oprindeligt inhomogent medium. Betydeligt flere partikler slipper ud fra områder med høj koncentration.
Eksperimenter
Eksperimenter med væsker har vist, at diffusion er af særlig betydning i kemisk kinetik. I løbet af en kemisk proces på overfladen af reaktanter eller en katalysator bidrager denne proces til bestemmelsen af hastigheden for fjernelse af reaktionsprodukter og tilsætning af initiale reagenser.
Hvad forklarer diffusion i væsker? Opløsningsmiddelmolekyler er i stand til at trænge gennem gennemskinnelige membraner, hvilket resulterer i et osmotisk tryk. Dette fænomen har fundet anvendelse i kemiske og fysiske metoder til adskillelse af stoffer.
Biologiske systemer
I dette tilfælde kan diffusionsmodeller overvejes på eksemplet med luftilt, der trænger ind i lungerne, absorption af fordøjelsesprodukter fra tarmen til blodet, absorption af mineralske elementer af rodhår. Diffusion af ioner sker under generering af bioelektriske impulser fra muskel- og nerveceller.
Fysisk faktor, der påvirkerselektiviteten af ophobningen i cellerne i kroppen af visse elementer, er den forskellige hastighed for penetration af ioner gennem cellemembranerne. Denne proces kan udtrykkes ved Ficks lov, der erstatter værdien af diffusionskoefficienten med membranpermeabiliteten, og i stedet for koncentrationsgradienten skal du bruge forskellen i værdier på begge sider af membranen. Med diffusionsgennemtrængning af vand og gasser ind i cellen ændres de osmotiske trykindikatorer uden for og inde i cellen.
Ved at analysere, hvad diffusion afhænger af, bemærker vi, at der er flere typer af denne proces. Den simple form er forbundet med den frie overførsel af ioner og molekyler mod gradienten af deres elektrokemiske potentiale. For eksempel er denne mulighed velegnet til de stoffer, hvori molekylerne er af lille størrelse, for eksempel methylalkohol, vand.
Begrænset variant forudsætter en svag overførsel af stof. For eksempel kan selv små partikler ikke trænge ind i en celle.
Historiesider
Diffusion blev opdaget under den antikke græske kulturs storhedstid. Demokrit og Anaxogoras var overbevist om, at ethvert stof består af atomer. De forklarede mangfoldigheden af stoffer, der er almindelige i naturen, ved forbindelserne mellem individuelle atomer. De antog, at disse partikler kunne blandes og danne nye stoffer. Blandt grundlæggerne af den molekylær-kinetiske teori, som forklarede diffusionsmekanismen, spillede Mikhail Lomonosov en særlig rolle. De gav en definition af et molekyle, et atom og forklarede opløsningsmekanismen.
Eksperimenter
Erfaring med sukker giver dig mulighed for at forstå alle funktionerne ved diffusion. Hvis du putter et stykke sukker i kold te, vil der efterhånden dannes en tyk sirup i bunden af koppen. Det er synligt med det blotte øje. Efter nogen tid vil siruppen være jævnt fordelt i væskens volumen og vil ikke længere være synlig. Denne proces forløber spontant og involverer ikke blanding af opløsningens komponenter. På samme måde breder duften af parfume sig i hele rummet.
Ovenstående eksperimenter viser, at diffusion er en spontan proces, hvor molekyler af et stof trænger ind i et andet. Spredning af stof sker i alle retninger, på trods af tilstedeværelsen af tyngdekraft. En sådan proces er en direkte bekræftelse af den konstante bevægelse af stofmolekylerne.
I ovenstående eksempel udføres diffusionen af sukker- og vandmolekyler, som er ledsaget af en ensartet fordeling af organisk stofmolekyler i hele væskens volumen.
Eksperimenter gør det muligt at detektere diffusion ikke kun i væsker, men også i gasformige stoffer. For eksempel kan du installere en beholder med æterdamp på vægten. Gradvist vil kopperne komme i balance, så bliver glasset æter tungere. Hvad er årsagen til dette fænomen?
Over tid blandes ætermolekyler med luftpartikler, og en specifik lugt begynder at kunne mærkes i rummet. I et fysikkursus på gymnasiet overvejes et forsøg, hvor en lærer opløser et korn af kaliumpermanganat (kaliumpermanganat) i vand. I første omgang er en klar bane for kornbevægelse synlig,men efterhånden får hele løsningen en ensartet nuance. På baggrund af eksperimentet forklarer læreren funktionerne ved diffusion.
For at identificere faktorer, der påvirker hastigheden af processen i væsker, kan du bruge vand med forskellige temperaturer. I en varm væske observeres processen med gensidig blanding af molekyler meget hurtigere, derfor er der en direkte sammenhæng mellem temperaturværdien og diffusionshastigheden.
Konklusion
Eksperimenter udført med gasser, væsker og faste stoffer gør det muligt at formulere fysikkens love, etablere forholdet mellem individuelle mængder.
Det var som et resultat af eksperimenterne, at mekanismen for gensidig penetration af partikler af et stof ind i et andet blev etableret, den kaotiske natur af deres bevægelse blev bevist. Empirisk viste det sig, at diffusion sker hurtigst i gasformige stoffer. Denne proces er af stor betydning for dyrelivet og bruges i videnskab og teknologi.
Takket være dette fænomen opretholdes den homogene sammensætning af jordens atmosfære. Ellers ville stratificeringen af troposfæren i separate gasformige stoffer blive observeret, og tung kuldioxid, uegnet til vejrtrækning, ville være tættest på overfladen af vores planet. Hvad ville det føre til? Vilde dyr ville simpelthen ophøre med at eksistere.
Diffusionens rolle i planteverdenen er også stor. Træernes frodige krone kan forklares ved diffusionsudveksling gennem bladenes overflade. Som et resultat udføres ikke kun vejrtrækning, men også træets ernæring. I øjeblikket i landbrugetDer anvendes bladfodring af buske og træer, hvilket går ud på at sprøjte kronen med specielle kemiske forbindelser.
Det er under diffusion, at planten modtager næringsstoffer fra jorden. Fysiologiske processer, der forekommer i levende organismer, er også forbundet med dette fænomen. For eksempel er s altbalance umulig uden diffusion. Sådanne processer er af stor betydning for at forsyne søer og floder med ilt. Gassen trænger præcist ind i reservoirets dybde ved diffusion. Hvis en sådan proces var fraværende, ville livet inde i reservoiret ophøre med at eksistere.
Indtaget af lægemidler, der gør det muligt for en person at beskytte sig mod patogener fra forskellige sygdomme og forbedre velvære, er også baseret på diffusion. Dette fænomen bruges til svejsning af metaller, fremstilling af sukkerjuice fra roechips og tilberedning af konfekture. Det er svært at finde sådan en gren af moderne industri, hvor diffusion ikke bruges.
