Difuzija v tekočini: procesni pogoji, primeri. Poskusi z tekočinami

Za začetek je tekočina vmesno agregatno stanje. Na kritični točki je podobna vrelišče plinih in pri nizkih temperaturah, manifestira iste lastnosti kot trdna snov. V nobenem tekoči idealnega modela, ki znatno otežuje opis njegovega ravnovesja termodinamičnih lastnosti, ledišča, viskoznost, difuzije, toplotna prevodnost, površinska napetost, entropija, energijskega.

Opredelitev

Kaj je difuzija? To širjenje, širjenje, gibanje delcev medija, ki vodi do prenosa snovi, vzpostavitev ravnovesnih koncentracij. Ker zunanjih vplivov ni, se ta proces določi s toplotnim gibanjem delcev. V tem primeru je postopek difuzije povezan s koncentracijo v sorazmernem razmerju. Pretok difuzije se spreminja podobno gradient koncentracije.

Sorte

Če pride do difuzije v tekočini s spremembo temperature, se v električnem polju z električno difuzijo imenuje termična difuzija.

Proces gibanja delcev velikih dimenzij v tekočini ali plinu se pojavi v zakonih Brownianskega gibanja.

Značilnosti perkolacije

Difuzija v plinih, tekočinah in trdnih delcih poteka po različnih stopnjah. Zaradi razlik v naravi termičnega gibanja delcev v različnih medijih je največja hitrost procesa v plinih in najmanjša vrednost je v trdnih snoveh.

Potek gibanja delca je prelomljena črta, saj se smer in hitrost spreminjata občasno. Zaradi motnje gibanja opazimo postopno odstranjevanje delca iz prvotnega položaja. Premikanje je vzdolž ravne črte precej krajše od poti, ki poteka vzdolž zdrobljene poti.

Fickov zakon

Difuzija v tekočini sovpada z dvema zakonoma Fick:

• gostota difuzijskega toka je neposredno sorazmerna koncentraciji s koeficientom difuzije;
• stopnja spremembe v gostoti difuzijskega toka je neposredno sorazmerna s stopnjo spreminjanja koncentracije in ima obratno smer.

Za difuzijo v tekočini je značilno skok molekul iz ene ravnovesne lege v drugo. Vsak tak skok je opazen, ko energijo sporočimo molekuli v prostornini, ki zadostuje za prekinitev povezave z drugimi delci. Povprečna vrednost skok ne presega razdalje med molekulami.

Glede na to, kaj je difuzija v tekočini, ugotavljamo, da je proces odvisen od temperature. S povečanjem se tekoča struktura "zrahlja", kar povzroči močno povečanje števila skokov na enoto časa.

Difuzija v plinih, tekočinah in trdnih delcih ima določene značilnosti. Na primer, v trdnih delih mehanizem je povezan z gibanjem atomov znotraj kristalne rešetke.

Značilnosti tega pojava

Diffuzija v tekočini je praktičnega pomena zaradi dejstva, da jo spremlja izenačevanje koncentracije snovi v prvotno nehomogenem mediju. S krajev, ki imajo visoko koncentracijo delcev, je veliko več.

Poskusi

Eksperimenti s tekočinami so pokazali, da je difuzija v kemični kinetiki še posebej pomembna. Med kemijskim postopkom na površini reaktantov ali katalizatorja ta postopek pomaga določiti hitrost odstranitve reakcijskih produktov in dodajanje začetnih reagentov.

Kaj pojasnjuje difuzijo v tekočinah? Molekule topila so sposobne prodreti skozi polprepustne membrane, kar ima za posledico osmotski tlak. Ta pojav je našel uporabo pri kemičnih in fizičnih metodah ločevanja snovi.

Biološki sistemi

V tem primeru lahko difuzijske modele upoštevamo na primeru vnosa zraka v pljuča, absorpcije iz črevesa v krv prebavnih produktov in absorpcije mineralnih elementov s koreninami. Difuzija ionov se pojavi pri nastajanju bioelektričnih impulzov z mišicami in živčnimi celicami.

Fizični dejavnik, ki vpliva na selektivnost akumulacije v celicah organizma določenih elementov, je različna hitrost penetracije ionov skozi celične membrane. Ta postopek lahko izrazimo s Fickovim zakonom, ki nadomesti vrednost difuzijskega koeficienta z indeksom prepustnosti membrane in namesto gradienta koncentracije uporabimo razliko vrednosti na obeh straneh membrane. Pri difuzijski penetraciji vode in plinov v celico se osmotski indeksi tlaka spreminjajo zunaj in znotraj celice.

Analiziramo, kaj je difuzija odvisna, ugotavljamo, da je več vrst tega procesa izpostavljenih. Enostavna oblika je povezana s prostim prenosom ionov in molekul na gradient njihovega elektrokemičnega potenciala. Na primer, podobna varianta je primerna za tiste snovi, v katerih imajo molekule majhne dimenzije, na primer metil alkohol, vodo.

Omejena različica pomeni šibek prenos snovi. Na primer, tudi majhni delci ne morejo prodreti v celico.

Strani zgodovine

Difuzija je bila odkrita med obdobjem antične grške kulture. Democritus in Anaxogoria sta bila prepričana, da vsaka snov vsebuje atome. Raznolikost snovi, ki so skupne v naravi, so razložili s spojinami posameznih atomov. Predvidevali so, da se lahko ti delci premešajo in tvorijo nove snovi. Med ustanovitelji molekularno-kinetične teorije, ki je razložil mehanizem difuzije, je posebno vlogo igral Mikhail Lomonosov. Imel je definicijo molekule, atom, pojasnil mehanizem raztapljanja.

Poskusi

Poskus s sladkorjem omogoča razumevanje vseh značilnosti difuzije. Če kos sladkorja damo v hladen čaj, se na dnu skodelice postopoma oblikuje debel sirup. Vidno je s prostim očesom. Po nekaj časa se sirup enakomerno porazdeli po celotni količini tekočine in ne bo več viden. Ta proces poteka spontano in ne vključuje mešanja sestavin raztopine. Podobno se dišava parfumov širi po celotnem prostoru.

Zgornji poskusi kažejo, da je difuzija spontani proces penetracije molekul ene snovi v drugo. Porazdelitev snovi se pojavlja v vseh smereh, kljub prisotnosti teže. Takšen proces je neposredna potrditev stalnega gibanja molekul snovi.

Tako se v zgornjem primeru izvaja difuzija molekul sladkorja in vode, ki jo spremlja enakomerna porazdelitev molekul organske snovi v celotnem volumnu tekočine.

Eksperimenti omogočajo odkrivanje difuzije ne samo v tekočinah, temveč tudi v plinastih snoveh. Na primer, lahko na lestvici namestite posodo z eternimi pari. Postopoma se bodo skodelice ustalile, nato pa bo steklo z etrom težje. Kateri razlog za ta pojav?

Sčasoma se eterne molekule mešajo z delci zraka, v prostoru pa se začuti poseben vonj. Pri fiziki srednjih šol se upošteva poskus, v katerem učitelj razreši žito kalijev permanganat v vodi. Sprva je vidna jasna poteza gibanja zrnja, toda postopoma celotna rešitev dobi enakomerno senco. Na podlagi preizkusa učitelj pojasnjuje značilnosti difuzije.

Za prepoznavanje dejavnikov, ki vplivajo na hitrost procesa v tekočinah, lahko uporabite vodo pri različnih temperaturah. V vroči tekočini se proces vzajemnega mešanja molekul opazuje veliko hitreje, zato je neposredna povezava med vrednostjo temperature in hitrostjo difuzije.

Zaključek

Poskusi, izvedeni s plini, tekočinami in trdne snovi, nam omogočajo oblikovanje fizikalnih zakonov, določitev razmerja med posameznimi količinami.

Na podlagi poskusov, da je bil vzpostavljen mehanizem za vzajemno prodiranje delcev ene snovi v drugo, je bila dokazana kaotična narava njihovega gibanja. Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da se v plinastih snoveh najprej hitro pojavlja difuzija. Ta proces je zelo pomemben za divje živali, uporablja se v znanosti in tehnologiji.

Zaradi tega pojava se vzdržuje homogena sestava zemeljske atmosfere. Sicer pa je bil snop troposferi v ločenih plinskih snovi in ​​težke ogljikov dioksid neustrezno za dihanje, bi bilo najbližje površine našega planeta. Kaj bi to pripeljalo? Živa narava bi preprosto prenehala obstajati.

Prav tako je odlična vloga difuzije v rastlinskem svetu. Bujno krošnjo dreves je mogoče razložiti z difuzijo skozi površino listov. Kot rezultat, ne samo dihanje, temveč tudi hranjenje drevesa. Trenutno se v kmetijstvu uporablja folijarna zgornja obleka grmovja in dreves, ki vključuje brizganje krošnje s posebnimi kemičnimi spojinami.

Med razprševanjem rastlina dobiva hranila iz tal. Fiziološki procesi, ki se pojavljajo v živih organizmih, so prav tako povezani s tem pojavom. Na primer, ravnotežje soli ni mogoče brez difuzije. Takšni procesi igrajo pomembno vlogo pri oskrbi jezer in rek s kisikom. Plin pade v globino rezervoarja ravno z difuzijo. Če takega postopka ni bilo, bi življenje v rezervoarju prenehalo obstajati.

Uživanje zdravil, ki osebi omogočajo, da se ščiti pred patogeni različnih bolezni in izboljša njihovo počutje, temelji tudi na difuziji. Ta pojav se uporablja pri varjenju kovin, pridobivanju sladkornega sokovega peska, pripravljanju slaščičarskih izdelkov. Te veje sodobne industrije je težko najti, kjerkoli se uporabi difuzija.