Počnimo s činjenicom da je tekućina srednje agregatno stanje. Na kritičnoj tački ključanja sličan je plinovima, a na niskim temperaturama se pojavljuju karakteristike slične čvrstoj tvari. Tečnost nema idealan model, što značajno komplikuje opis njenih ravnotežnih termodinamičkih svojstava, tačke smrzavanja, viskoziteta, difuzije, toplotne provodljivosti, površinske napetosti, entropije, entalpije.
Definicija
Šta je difuzija? To je širenje, raspodjela, kretanje čestica medija, što dovodi do prijenosa materije, uspostavljanja ravnotežnih koncentracija. U nedostatku vanjskih utjecaja, ovaj proces je određen toplinskim kretanjem čestica. U ovom slučaju, proces difuzije je direktno proporcionalan koncentraciji. Difuzijski tok će se promijeniti slično gradijentu koncentracije.
Varieties
Ako se difuzija u tečnosti odvija sa promjenom temperature, to se naziva termička difuzija, u električnom polju - elektrodifuzija.
Proces kretanja velikih čestica u tečnosti ili gasu odvija se podzakoni Brownovog kretanja.
Karakteristike protoka
Difuzija u gasovima, tečnostima i čvrstim materijama odvija se različitim brzinama. Zbog razlika u prirodi termičkog kretanja čestica u različitim medijima, proces ima maksimalnu brzinu u gasovima, a minimalnu - u čvrstim materijama.
Putanja čestice je isprekidana linija, pošto se smjer i brzina periodično mijenjaju. Zbog nesređenog kretanja uočava se postepeno uklanjanje čestice iz prvobitnog položaja. Njegovo pomicanje duž prave linije je mnogo kraće od putanje koje se odvija duž izlomljene staze.
Fick's Law
Difuzija u tečnosti poštuje dva Fikova zakona:
- gustina difuzionog toka je direktno proporcionalna koncentraciji sa koeficijentom difuzije;
- Brzina promjene gustine difuzijskog fluksa je direktno proporcionalna brzini promjene koncentracije i ima suprotan smjer.
Difuziju u tečnosti karakterišu skokovi molekula iz jednog ravnotežnog položaja u drugi. Svaki takav skok se opaža kada se energija prenese na molekul u količini dovoljnoj da prekine vezu s drugim česticama. Prosječan skok ne prelazi udaljenost između molekula.
Kada govorimo o tome šta je difuzija u tečnosti, napominjemo da proces zavisi od temperature. Sa njegovim povećanjem dolazi do "olabavljenja" tečne strukture, zbog čega dolazi do naglog povećanjabroj skokova po jedinici vremena.
Difuzija u gasovima, tečnostima i čvrstim materijama ima neke karakteristične karakteristike. Na primjer, kod čvrstih tijela, mehanizam je povezan s kretanjem atoma unutar kristalne rešetke.
Karakteristike fenomena
Difuzija u tečnosti je od praktičnog interesa zbog činjenice da je praćena izjednačavanjem koncentracije supstance u inicijalno nehomogenom mediju. Značajno više čestica izlazi iz područja s visokom koncentracijom.
Eksperimenti
Eksperimenti sa tečnostima su pokazali da je difuzija od posebne važnosti u hemijskoj kinetici. Tokom hemijskog procesa na površini reaktanata ili katalizatora, ovaj proces doprinosi određivanju brzine uklanjanja produkta reakcije i dodavanja početnih reagensa.
Šta objašnjava difuziju u tečnostima? Molekuli rastvarača mogu prodrijeti kroz prozirne membrane, što rezultira osmotskim pritiskom. Ovaj fenomen je našao primenu u hemijskim i fizičkim metodama za odvajanje supstanci.
Biološki sistemi
U ovom slučaju, modeli difuzije se mogu razmatrati na primjeru ulaska kisika zraka u pluća, apsorpcije probavnih produkata iz crijeva u krv, apsorpcije mineralnih elemenata korijenskim dlačicama. Difuzija jona se dešava tokom generisanja bioelektričnih impulsa od strane mišićnih i nervnih ćelija.
Fizički faktor koji utičeSelektivnost akumulacije u ćelijama tijela određenih elemenata, je različita brzina prodiranja jona kroz ćelijske membrane. Ovaj proces se može izraziti Fickovim zakonom, zamjenjujući vrijednost koeficijenta difuzije propusnošću membrane, a umjesto gradijenta koncentracije koristiti razliku vrijednosti na obje strane membrane. Sa difuzionim prodiranjem vode i gasova u ćeliju, indikatori osmotskog pritiska izvan i unutar ćelije se menjaju.
Analizirajući od čega zavisi difuzija, napominjemo da postoji nekoliko tipova ovog procesa. Jednostavan oblik je povezan sa slobodnim prijenosom jona i molekula prema gradijentu njihovog elektrohemijskog potencijala. Na primjer, ova opcija je prikladna za one tvari u kojima su molekuli male veličine, na primjer, metil alkohol, voda.
Ograničena varijanta pretpostavlja slab prijenos materije. Na primjer, čak i male čestice ne mogu prodrijeti u ćeliju.
Stranice istorije
Difuzija je otkrivena tokom procvata drevne grčke kulture. Demokrit i Anaksogora su bili uvjereni da se svaka tvar sastoji od atoma. Različitost supstanci uobičajenih u prirodi objasnili su vezama između pojedinačnih atoma. Pretpostavljali su da se te čestice mogu miješati i formirati nove tvari. Među osnivačima molekularno-kinetičke teorije, koja je objasnila mehanizam difuzije, posebnu ulogu imao je Mihail Lomonosov. Dali su definiciju molekula, atoma i objasnili mehanizam rastvaranja.
Eksperimenti
Iskustvo sa šećerom omogućava vam da shvatite sve karakteristike difuzije. Ako u hladan čaj stavite komad šećera, na dnu šoljice će se postepeno formirati gusti sirup. To je vidljivo golim okom. Nakon nekog vremena, sirup će se ravnomjerno rasporediti po zapremini tečnosti i više neće biti vidljiv. Ovaj proces se odvija spontano i ne uključuje miješanje komponenti otopine. Slično, miris parfema se širi prostorijom.
Navedeni eksperimenti pokazuju da je difuzija spontani proces prodiranja molekula jedne supstance u drugu. Širenje materije se dešava u svim pravcima, uprkos prisutnosti gravitacije. Takav proces je direktna potvrda stalnog kretanja molekula materije.
Tako se u gornjem primjeru vrši difuzija molekula šećera i vode, što je praćeno ujednačenom distribucijom molekula organske tvari po volumenu tekućine.
Eksperimenti omogućavaju otkrivanje difuzije ne samo u tečnostima, već iu gasovitim supstancama. Na primjer, na vagu možete postaviti posudu s eterskom parom. Postepeno će čaše doći u ravnotežu, tada će čaša etra biti teža. Šta je razlog za ovu pojavu?
Vremenom se molekuli etra miješaju sa česticama zraka i u prostoriji se počinje osjećati specifičan miris. U srednjoškolskom kursu fizike razmatra se eksperiment u kojem nastavnik otapa zrno kalijum permanganata (kalijum permanganata) u vodi. U početku je vidljiva jasna putanja kretanja zrna,ali postepeno cijelo rješenje poprima ujednačenu nijansu. Na osnovu eksperimenta, nastavnik objašnjava karakteristike difuzije.
Da biste identifikovali faktore koji utiču na brzinu procesa u tečnostima, možete koristiti vodu različitih temperatura. U vrućoj tekućini proces međusobnog miješanja molekula se opaža mnogo brže, stoga postoji direktna veza između vrijednosti temperature i brzine difuzije.
Zaključak
Eksperimenti sprovedeni sa gasovima, tečnostima i čvrstim materijama omogućavaju formulisanje zakona fizike, uspostavljanje odnosa između pojedinačnih veličina.
Kao rezultat eksperimenata ustanovljen je mehanizam međusobnog prodiranja čestica jedne supstance u drugu, dokazana je haotična priroda njihovog kretanja. Empirijski je utvrđeno da se difuzija najbrže odvija u plinovitim tvarima. Ovaj proces je od velike važnosti za divlje životinje, koristi se u nauci i tehnologiji.
Zahvaljujući ovom fenomenu održava se homogeni sastav zemljine atmosfere. U suprotnom bi se uočilo raslojavanje troposfere na zasebne plinovite tvari, a teški ugljični dioksid, neprikladan za disanje, bio bi najbliži površini naše planete. do čega bi to dovelo? Divlji svijet bi jednostavno prestao postojati.
Uloga difuzije u biljnom svijetu je također velika. Bujna krošnja drveća može se objasniti razmjenom difuzije kroz površinu lišća. Kao rezultat, ne vrši se samo disanje, već i ishrana drveta. Trenutno u poljoprivrediKoristi se folijarno prihranjivanje grmova i drveća, što podrazumeva prskanje krune specijalnim hemijskim jedinjenjima.
Upravo tokom difuzije biljka prima hranljive materije iz tla. Fiziološki procesi koji se odvijaju u živim organizmima također su povezani s ovim fenomenom. Na primjer, ravnoteža soli je nemoguća bez difuzije. Ovakvi procesi su od velikog značaja za snabdevanje jezera i reka kiseonikom. Gas ulazi u dubinu rezervoara upravo difuzijom. Kada bi takav proces izostao, život unutar rezervoara bi prestao da postoji.
Unos lijekova koji omogućavaju osobi da se zaštiti od uzročnika raznih bolesti i poboljša dobrobit također se zasniva na difuziji. Ovaj fenomen se koristi u zavarivanju metala, proizvodnji šećernog soka od čipsa od repe i pripremi konditorskih proizvoda. Teško je naći takvu granu moderne industrije u kojoj se ne koristi difuzija.
