Trebuie să definim ce se înțelege în fizică prin conceptul de difuzie.

Difuzie

Acest concept ne-a venit din latin iar în traducere cuvântul „diffusio” înseamnă răspândire, răspândire. După cum se poate înțelege din traducere, termenul difuzie înseamnă pătrunderea reciprocă a particulelor unei substanțe într-o altă substanță sub influența diferiților factori.

Acest proces se datorează mișcării moleculelor substanțelor luate în considerare. Și cel mai frapant exemplu de difuzie este amestecarea diferitelor gaze.

Viteza acestor procese poate depinde, în primul rând, de un astfel de factor precum starea de agregare a substanțelor în cauză. Adică, după cum putem înțelege, în cazurile cu lichide și gaze, acest proces va dura mult mai puțin decât, de exemplu, cu solide.

Viteza acestei reacții depinde și de temperatura substanțelor. Știm că odată cu creșterea temperaturii, viteza de mișcare a moleculelor crește și, prin urmare, viteza de amestecare, pătrunderea moleculelor unui corp în altul va fi mai mare.

Un alt factor care afectează viteza de difuzie este presiunea. Acest fenomen are cel mai complex efect asupra substanțelor. Adică, acest mecanism reduce volumul de substanțe, numărul de locuri libere libere pentru atomi și crește conținutul de atomi interstițiali.

Tipuri de difuzie

Difuzia este împărțită în mai multe tipuri, în funcție de stările agregate ale substanțelor luate în considerare:

• difuzia gazelor;
• difuzia lichidelor;
• difuzie plasmatică;
• difuzia cristalelor;
• difuzia solidelor.

Obiectivele lecției:

Predare: consolidarea cunoștințelor elevilor despre subiect dat, învață-i să înțeleagă și să descrie comportamentul moleculelor unei substanțe în diferite stări de agregare, să explice semnificația procesului de difuzie în natură și viața umană.

Educațional: pentru a continua formarea capacității elevilor de gândire științifică.

Educațional: pentru a insufla elevilor capacitatea de a compara fenomenele văzute în natură cu cunoștințele dobândite despre diversele legi fizice.

Termeni de bază:

Starea agregată a materiei- aceasta este o stare a materiei care poate fi caracterizată printr-un set de proprietăți specifice (de exemplu, conservarea sau incapacitatea de a păstra volumul, forma etc.).

Difuzie

Conceptul de stare agregată a materiei.

Lumea din jurul nostru este complexă și în schimbare. În același timp, suntem capabili să vedem că diversitatea nelimitată a lumii nu este atât de nelimitată. Vedem adesea aceleași substanțe în stări diferite.

Cel mai simplu exemplu pe care pot dovedi veridicitatea cuvintelor mele este apa. Cel mai ușor este să-l vezi în diferite stări - este abur, sau ceață, este gheață sau zăpadă, este lichid care curge de la robinetul din bucătărie. Oricare ar fi caracteristicile apei într-o formă sau alta, aceasta rămâne întotdeauna apă - compoziția sa nu se schimbă. Acestea sunt aceleași 2 molecule de hidrogen și 1 moleculă de oxigen.

Dacă continuăm să folosim exemplul pe care l-am luat, atunci putem urmări că aceste 3 stări ale apei depind de anumite condiții externe. Deci, apa îngheață la 0 grade, transformându-se în gheață, iar apa fierbe la 100 de grade, transformându-se în abur. Această fotografie demonstrează clar toate cele 3 stări ale apei:

Orez. 1: 3 stări de agregare a apei

Deci, ce concluzii putem trage din gândirea atentă la exemplul nostru? Vor fi asa:

Starea agregată a materiei este o stare a materiei care poate fi caracterizată printr-un set de proprietăți specifice (de exemplu, conservarea sau incapacitatea de a păstra volumul, forma etc.) în anumite condiții.

Nu numai apa poate fi în trei stări de agregare: solidă, lichidă și gazoasă. Acest lucru este valabil pentru toate substanțele.

Uneori, pe lângă cele trei stări de agregare de mai sus, se adaugă o a patra - plasmă. Vă puteți face o idee despre cum arată o plasmă din următoarea figură:

Orez. 2: lampă cu plasmă

dar vei afla mai multe despre plasmă la lecțiile de fizică și chimie din liceu.

Proces de difuzie

După cum am învățat deja cu toții, toate substanțele constau din cele mai mici particule - ioni, atomi, molecule care se află în în continuă mișcare. Această mișcare devine motivul pentru care are loc procesul de difuzie.

Difuzia este un proces constând în pătrunderea reciprocă a moleculelor de substanțe în golurile dintre moleculele altor substanțe.

Să aruncăm o privire mai atentă asupra difuziei în diferite stări agregate.

Difuzia în gaze

Să dăm împreună exemple de proces de difuzie în gaze. Variantele de manifestare a acestui fenomen pot fi următoarele:

Răspândirea mirosului de flori;

Lacrimi de la tăierea cepei;

O dâră de parfum care se simte în aer.

Decalajele dintre particulele din aer sunt destul de mari, particulele se mișcă aleatoriu, deci difuzie substante gazoase se întâmplă destul de repede.

Să urmărim un videoclip care demonstrează acest proces:

Difuzia în lichide.

Particulele de substanțe din lichide, iar acestea sunt cel mai adesea ioni de substanțe, interacționează între ele destul de puternic. În același timp, distanța dintre ioni este suficient de mare pentru a permite particulelor să se amestece ușor.

Următoarea imagine video arată cum are loc procesul de difuzie în lichide. Particulele de vopsea, care cad pe suprafața apei, difuzează ușor, adică pătrund în apă.

Orez. 3: particule de vopsea răspândite în apă.

Același proces, dar deja în dinamică, puteți observa în videoclip folosind exemplul de dizolvare a cristalelor de permanganat de potasiu:

Difuzia în solide.

Solidele pot avea o structură diferită și pot consta din molecule, atomi sau ioni. În orice caz, indiferent din ce microparticule constă corpul, interacțiunea acestor particule între ele este foarte puternică. În ciuda faptului că ele, aceste particule, încă se mișcă, dar aceste mișcări sunt foarte nesemnificative. Golurile dintre particule sunt mici, astfel încât este dificil pentru alte substanțe să pătrundă între ele. Procesul de difuzie în solide trece foarte încet și imperceptibil cu ochiul liber.

Să ne uităm la un videoclip despre asta:

După ce am aflat despre caracteristicile procesului de difuzie în diferite stări agregate, am văzut că procesul nu este la fel de rapid. De ce depinde viteza de difuzie? Avem deja unul dintre răspunsurile la această întrebare - viteza procesului de difuzie depinde de starea de agregare a substanței.

Tu și cu mine știm, de asemenea, că particulele de materie încep să se miște mai repede odată cu creșterea temperaturii. Înseamnă asta că și procesul de difuzie se va accelera odată cu creșterea temperaturii? Răspunsul este evident. Pentru a confirma, haideți să vedem videoclipul:

Intensitatea difuziei unei substanțe în alta depinde, de asemenea, de concentrația acestor substanțe și de influențele externe (de exemplu, dacă aruncați doar o soluție de iod în apă și dacă o amestecați, atunci viteza de obținere a unei culori uniforme. prin soluția va fi diferită).

constatări

1. Starea agregată a materiei este o stare a materiei care poate fi caracterizată printr-un set de proprietăți specifice (de exemplu, conservarea sau incapacitatea de a păstra volumul, forma etc.) în anumite condiții. Nu numai apa poate fi în trei stări de agregare: solidă, lichidă și gazoasă. Acest lucru este valabil pentru toate substanțele.

2. Difuzia este un proces constând în pătrunderea reciprocă a moleculelor de substanțe în golurile dintre moleculele din alte substanțe.

3. Viteza de difuzie depinde de: temperatura, concentratia, influentele externe, starea de agregare a substantei.

Este dificil de supraestimat procesul de difuzie în viața umană. De exemplu, pătrunderea oxigenului prin peretele cel mai subțire al alveolelor în capilarele plămânilor se realizează tocmai datorită difuziei. Pereții alveolelor sunt foarte subțiri, din punct de vedere fizic, peretele alveolar este o membrană semipermeabilă. Concentrația de oxigen din aerul atmosferic este mult mai mare decât concentrația acestuia și sângele capilar, motiv pentru care oxigenul scade printr-o membrană semi-permeabilă - acolo unde este mai puțin. Difuzia ne permite să respirăm.

De asemenea, acest proces asigură parțial pătrunderea nutrienților din sistemul digestiv în sânge și acțiunea multor medicamente.

Figura arată schematic modul în care nutrienții sunt absorbiți în intestinul uman.

Orez. 4: intestinul subțire al mamiferelor

Bibliografie

Lecție pe tema: „Difuzia în gaze, lichide, solide”, autor Selezneva A. M., școala secundară nr. 7, Boyarka, regiunea Kiev.

Peryshkin A. V. „Fizica clasa a VII-a”, Moscova, Butarda, 2006

Rodina N. A., Gromov S. V., „Fizica”, M., Mir, 2002

Editat și trimis de Borisenko I.N..

S-a lucrat la lecție:

LA curiculumul scolar studiul unui astfel de concept precum difuziunea. Ce este, tipuri de difuzie, lege, metodă, ecuație, exemple sunt descrise în articol....

De către Masterweb

03.04.2018 22:01

În programa școlară de la cursul de fizică (aproximativ în clasa a VII-a), elevii învață că difuzia este un proces care este pătrunderea reciprocă a particulelor unei substanțe între particulele unei alte substanțe, în urma căruia concentrațiile sunt egalizate pe tot parcursul volumul ocupat. Aceasta este o definiție destul de dificil de înțeles. Pentru a înțelege ce este difuzia simplă, legea difuziei, ecuația ei, este necesar să se studieze în detaliu materialele pe aceste probleme. Cu toate acestea, dacă o idee generală este suficientă pentru o persoană, atunci datele de mai jos vor ajuta la obținerea cunoștințelor elementare.

Fenomenul fizic - ce este

Datorită faptului că mulți oameni confundă sau nu știu deloc ce este un fenomen fizic și cum diferă acesta de unul chimic, precum și ce fel de fenomene aparține difuzia, este necesar să înțelegem ce este un fenomen fizic. Deci, după cum știe toată lumea, fizica este o știință independentă aparținând domeniului științelor naturii, care studiază legile naturale generale despre structura și mișcarea materiei și, de asemenea, studiază materia însăși. În consecință, un fenomen fizic este un astfel de fenomen, în urma căruia nu se formează substanțe noi, ci are loc doar o schimbare a structurii substanței. Diferența dintre un fenomen fizic și unul chimic constă tocmai în faptul că nu se obțin substanțe noi ca urmare. Astfel, difuzia este un fenomen fizic.

Definiția termenului difuzie

După cum știți, pot exista multe formulări ale unui concept, dar sensul general nu ar trebui să se schimbe. Și difuzia nu face excepție. Definiția generalizată este următoarea: difuzia este un fenomen fizic, care este pătrunderea reciprocă a particulelor (molecule, atomi) a două sau mai multe substanțe la o distribuție uniformă pe întregul volum ocupat de aceste substanțe. Ca urmare a difuziei, nu se formează substanțe noi, prin urmare este tocmai un fenomen fizic. Difuzia simplă se numește difuzie, ca urmare a căreia particulele se deplasează din regiunea de cea mai mare concentrație în regiunea de concentrație mai mică, care se datorează mișcării termice (haotice, browniene) a particulelor. Cu alte cuvinte, difuzia este un proces de amestecare a particulelor de diferite substanțe, iar particulele sunt distribuite uniform în volum. Aceasta este o definiție foarte simplificată, dar cea mai de înțeles.

Tipuri de difuzie

Difuzia poate fi fixată atât la observarea substanțelor gazoase și lichide, cât și a celor solide. Prin urmare, include mai multe tipuri:

• Difuzia cuantică este procesul de difuzie a particulelor sau a defectelor punctuale (tulburări locale în rețeaua cristalină a unei substanțe), care se realizează în solide. Încălcările locale sunt încălcări la un anumit punct al rețelei cristaline.

• Coloidal - difuzie care are loc în întregul volum al sistemului coloidal. Un sistem coloidal este un mediu în care sunt distribuite particule, bule, picături dintr-un alt mediu, care diferă ca stare agregată și compoziție față de primul. Astfel de sisteme, precum și procesele care au loc în ele, sunt studiate în detaliu în cursul chimiei coloide.
• Convectiv - transferul de microparticule ale unei substanțe de către macroparticulele mediului. O ramură specială a fizicii numită hidrodinamică se ocupă cu studiul mișcării mediilor continue. De acolo puteți obține cunoștințe despre stările fluxului.
• Difuzia turbulentă este procesul de transfer a unei substanțe în alta, datorită mișcării turbulente a celei de-a doua substanțe (tipic pentru gaze și lichide).

Se confirmă afirmația că difuzia poate avea loc atât în ​​gaze și lichide, cât și în solide.

Care este legea lui Fick?

Omul de știință german, fizicianul Fick, a dedus o lege care arată dependența densității fluxului de particule printr-o singură zonă de o modificare a concentrației unei substanțe pe unitatea de lungime. Această lege este legea difuziei. Legea poate fi formulată după cum urmează: fluxul de particule, care este direcționat de-a lungul axei, este proporțional cu derivata numărului de particule în raport cu variabila trasată de-a lungul axei în raport cu care este direcția fluxului de particule. determinat. Cu alte cuvinte, fluxul de particule care se mișcă în direcția axei este proporțional cu derivata numărului de particule în raport cu variabila, care este reprezentată de-a lungul aceleiași axe cu fluxul. Legea lui Fick vă permite să descrieți procesul de transfer al materiei în timp și spațiu.

Ecuația de difuzie

Când fluxurile sunt prezente într-o substanță, substanța în sine este redistribuită în spațiu. În acest sens, există mai multe ecuații care descriu acest proces de redistribuire din punct de vedere macroscopic. Ecuația difuziei este diferențială. Rezultă din ecuația generală a transferului de materie, care se mai numește și ecuația continuității. În prezența difuziei, se utilizează legea lui Fick, care este descrisă mai sus. Ecuația are următoarea formă:

dn/dt=(d/dx)*(D*(dn/dx)+q.

Metode de difuzie

Metoda de difuzie, sau mai degrabă metoda de implementare a acesteia în materiale solide, este utilizată pe scară largă în timpuri recente. Acest lucru se datorează avantajelor metodei, dintre care unul este simplitatea echipamentului utilizat și procesul în sine. Esența metodei de difuzie din surse solide este depunerea de pelicule dopate cu unul sau mai multe elemente pe semiconductori. Există câteva alte metode de implementare a difuziei, pe lângă metoda sursei solide:

• într-un volum închis (metoda fiolei). Toxicitatea minimă este un avantaj al metodei, dar costul ei ridicat, datorită posibilității de unică folosință a fiolei, este un dezavantaj semnificativ;
• într-un volum deschis (difuzie termică). Este exclusă posibilitatea utilizării multor elemente din cauza temperaturilor ridicate, precum și difuzia laterală sunt mari dezavantaje ale acestei metode;
• într-un volum parțial închis (metoda cutiei). Aceasta este o metodă intermediară între cele două descrise mai sus.

Pentru a afla mai multe despre metodele și caracteristicile difuzării, este necesar să se studieze literatura suplimentară dedicată în mod specific acestor probleme.

Strada Kievyan, 16 0016 Armenia, Erevan +374 11 233 255

Difuzie

Un exemplu de difuzie este amestecarea gazelor (de exemplu, răspândirea mirosurilor) sau a lichidelor (dacă aruncați cerneală în apă, lichidul va deveni uniform colorat după un timp). Un alt exemplu este legat de un corp solid: atomii metalelor alăturate sunt amestecați la limita de contact. Difuzia particulelor joacă un rol important în fizica plasmei.

De obicei, difuzia este înțeleasă ca procese însoțite de transferul de materie, totuși, uneori, alte procese de transfer sunt numite și difuzie: conductivitate termică, frecare vâscoasă etc.

Rata de difuzie depinde de mulți factori. Deci, in cazul unei tije metalice, difuzia termica are loc foarte rapid. Dacă tija este realizată din material sintetic, difuzia termică are loc încet. Difuzia moleculelor în cazul general se desfășoară și mai lent. De exemplu, dacă o bucată de zahăr este coborâtă pe fundul unui pahar cu apă și apa nu este amestecată, va dura câteva săptămâni până când soluția devine omogenă. Și mai lentă este difuzarea unui solid în altul. De exemplu, dacă cuprul este acoperit cu aur, atunci va avea loc difuzia aurului în cupru, dar în condiții normale (temperatura camerei și presiunea atmosferică), stratul purtător de aur va atinge o grosime de câțiva microni abia după câteva mii de ani.

O descriere cantitativă a proceselor de difuzie a fost făcută de fiziologul german A. Fick ( Engleză) în 1855

descriere generala

Toate tipurile de difuzie se supun acelorași legi. Rata de difuzie este proporțională cu aria secțiunii transversale a probei, precum și cu diferența de concentrații, temperaturi sau încărcături (în cazul valorilor relativ mici ale acestor parametri). Astfel, căldura va călători de patru ori mai repede printr-o tijă de doi centimetri în diametru decât printr-o tijă de un centimetru în diametru. Această căldură se va răspândi mai repede dacă diferența de temperatură pe centimetru este de 10°C în loc de 5°C. Rata de difuzie este, de asemenea, proporțională cu parametrul care caracterizează un anumit material. In cazul difuziei termice acest parametru se numeste conductivitate termica, in cazul curgerii sarcini electrice- conductivitate electrică. Cantitatea de substanță care difuzează într-un timp dat și distanța parcursă de substanța care difuzează sunt proporționale cu rădăcina pătrată a timpului de difuzie.

Difuzia este un proces la nivel molecular și este determinat de natura aleatorie a mișcării moleculelor individuale. Viteza de difuzie este deci proporțională cu viteza medie a moleculelor. În cazul gazelor, viteza medie a moleculelor mici este mai mare și anume este invers proporțională cu rădăcina pătrată a masei moleculei și crește odată cu creșterea temperaturii. Procesele de difuzie în solide la temperaturi ridicate găsesc adesea aplicații practice. De exemplu, anumite tipuri de tuburi catodice (CRT) folosesc toriu metalic difuzat prin wolfram metalic la 2000°C.

Dacă într-un amestec de gaze masa unei molecule este de patru ori mai mare decât a celeilalte, atunci o astfel de moleculă se mișcă de două ori mai încet în comparație cu mișcarea sa într-un gaz pur. În consecință, rata sa de difuzie este, de asemenea, mai mică. Această diferență în ratele de difuzie între moleculele ușoare și cele grele este utilizată pentru a separa substanțe cu greutăți moleculare diferite. Un exemplu este separarea izotopilor. Dacă un gaz care conține doi izotopi este trecut printr-o membrană poroasă, izotopii mai ușori pătrund în membrană mai repede decât cei mai grei. Pentru o mai bună separare, procesul se desfășoară în mai multe etape. Acest proces a fost utilizat pe scară largă pentru separarea izotopilor de uraniu (separarea a 235 U de cea mai mare parte a 238 U). Deoarece această metodă de separare este consumatoare de energie, au fost dezvoltate alte metode de separare mai economice. De exemplu, utilizarea difuziei termice într-un mediu gazos este larg dezvoltată. Un gaz care conține un amestec de izotopi este plasat într-o cameră în care se menține o diferență de temperatură spațială (gradient). În acest caz, izotopii grei sunt concentrați în timp în regiunea rece.

Ecuațiile lui Fick

Din punctul de vedere al termodinamicii, potențialul motor al oricărui proces de nivelare este creșterea entropiei. La presiune și temperatură constante, rolul unui astfel de potențial este jucat de potențialul chimic µ , determinând menținerea curgerii materiei. Fluxul particulelor de substanță este proporțional cu gradientul de potențial

~

În majoritatea cazurilor practice, concentrația este utilizată în locul potențialului chimic C. Înlocuire directă µ pe C devine incorectă în cazul concentrațiilor mari, deoarece potențialul chimic încetează să mai fie legat de concentrație conform legii logaritmice. Dacă nu luăm în considerare astfel de cazuri, atunci formula de mai sus poate fi înlocuită cu următoarea:

ceea ce arată că densitatea fluxului materiei J proporţional cu coeficientul de difuzie D[()] și gradientul de concentrație. Această ecuație exprimă prima lege a lui Fick. A doua lege a lui Fick se referă la schimbările spațiale și temporale ale concentrației (ecuația de difuzie):

Coeficientul de difuzie D dependent de temperatură. Într-un număr de cazuri, într-un interval larg de temperatură, această dependență este ecuația Arrhenius.

Un câmp suplimentar aplicat paralel cu gradientul de potențial chimic rupe starea de echilibru. În acest caz, procesele de difuzie sunt descrise de ecuația neliniară Fokker-Planck. Procesele de difuzie au mare importanțăîn natură:

• Nutriția, respirația animalelor și plantelor;
• Pătrunderea oxigenului din sânge în țesuturile umane.

Descrierea geometrică a ecuației Fick

În a doua ecuație Fick, în partea stângă este rata de modificare a concentrației în timp, iar în partea dreaptă a ecuației este derivata a doua parțială, care exprimă distributie spatiala concentrația, în special, convexitatea funcției de distribuție a temperaturii proiectată pe axa x.

Vezi si

• Difuzia de suprafață este un proces asociat cu mișcarea particulelor care apar pe suprafața unui corp condensat în primul strat de suprafață de atomi (molecule) sau peste acest strat.

Note

Literatură

• Bokshtein B.S. Atomii rătăcesc prin cristal. - M .: Nauka, 1984. - 208 p. - (Biblioteca „Quantum”, Numărul 28). - 150.000 de exemplare.

Legături

• Difuzie (lectie video, program de clasa a VII-a)
• Difuzia atomilor de impurități pe suprafața unui singur cristal

Fundația Wikimedia. 2010 .

Sinonime:

Vedeți ce este „Difuziunea” în alte dicționare:

- [lat. difuzie distribuţie, răspândire] fizică, chimică. pătrunderea moleculelor unei substanțe (gaz, lichid, solid) în alta la contactul lor direct sau printr-o partiție poroasă. Dicționar de cuvinte străine. Komlev N.G.,… … Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

Difuzie- este pătrunderea în mediu a particulelor unei substanțe a particulelor unei alte substanțe, care are loc ca urmare a mișcarea termicăîn direcţia scăderii concentraţiei unei alte substanţe. [Blum E.E. Dicţionar de termeni metalurgici de bază. Ekaterinburg… Enciclopedie de termeni, definiții și explicații ale materialelor de construcție

Enciclopedia modernă

- (din latinescul diffusio spreading spreading, scattering), mișcarea particulelor de mediu, care duce la transferul de materie și alinierea concentrațiilor sau la stabilirea unei distribuții de echilibru a concentrațiilor de particule de un anumit tip în mediu. În lipsa… … Mare Dicţionar enciclopedic

DIFUZIA, mișcarea unei substanțe într-un amestec dintr-o zonă de concentrație mare într-o zonă de concentrație scăzută, cauzată de mișcarea aleatorie a atomilor sau moleculelor individuale. Difuzia se oprește când gradientul de concentrație dispare. Viteza…… Dicționar enciclopedic științific și tehnic

difuziune- si bine. difuzie f. germană. Difuzie lat. difuzio răspândire, răspândire. Pătrunderea reciprocă a substanțelor adiacente unele în altele datorită mișcării termice a moleculelor și atomilor. Difuzia de gaze, lichide. BAS 2. || trans. Sunt… … Dicționar istoric galicisme ale limbii ruse

Difuzie- (din latinescul diffusio distribuție, răspândire, împrăștiere), mișcarea particulelor mediului, ducând la transferul de materie și alinierea concentrațiilor sau stabilirea distribuției lor de echilibru. Difuzia este de obicei determinată de mișcarea termică ...... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat

Mișcarea particulelor în direcția scăderii concentrației lor, datorită mișcării termice. D. duce la alinierea concentrațiilor substanței care difuzează și la umplerea uniformă a volumului cu particule. ... ... Enciclopedia Geologică

- (din lat. diffusio răspândire, răspândire), pătrundere reciprocă a celor în contact între ele datorită mișcării termice h c in va. D. are loc în direcţia scăderii concentraţiei în va şi duce la ea distributie uniforma pe… … Enciclopedia fizică

Spreading, penetration, dispersion, distribution Dicționar de sinonime rusești. difuzie n., număr de sinonime: 9 barodifuziune (1) ... Dicţionar de sinonime

DIFUZIE, și, soții. (specialist.). Pătrunderea reciprocă a particulelor unei substanțe în alta atunci când intră în contact. D. gaze. | adj. difuzie, o, o. Dicţionar Ozhegov. SI. Ozhegov, N.Yu. Şvedova. 1949 1992... Dicționar explicativ al lui Ozhegov

Textul lucrării este plasat fără imagini și formule.
Versiunea completa munca este disponibilă în fila „Fișiere de lucru” în format PDF

Introducere

Difuzia joacă un rol imens în natură, în viața umană și în tehnologie. Procesele de difuzie pot avea atât efecte pozitive, cât și negative asupra vieții oamenilor și animalelor. Un exemplu de impact pozitiv este întreținerea compoziție omogenă aerul atmosferic de lângă suprafața pământului. Difuzia joacă un rol important în diverse domenii ale științei și tehnologiei, în procesele care au loc în natura animată și neînsuflețită. Ea influențează cursul reacțiilor chimice.

Cu participarea difuzării sau în încălcarea și schimbarea acestui proces, pot apărea fenomene negative în natură și viața umană, cum ar fi poluarea extinsă a mediului prin produse. progres tehnic persoană.

Relevanţă: Difuzia demonstrează că corpurile sunt formate din molecule care se află în mișcare aleatorie; difuzarea are o mare importanță în viața omului, animalelor și plantelor, precum și în tehnologie.

Ţintă:

demonstrați că difuzia depinde de temperatură;

luați în considerare exemple de difuzare în experimente acasă;

asigurați-vă că difuzia în diferite substanțe are loc în moduri diferite.

Luați în considerare difuzia termică a substanțelor.

Obiectivele cercetării:

Să studieze literatura științifică pe tema „Difuziunea”.

Demonstrați dependența vitezei de difuzie de tipul de substanță, temperatură.

Să studieze influența fenomenului de difuzie asupra mediului și a omului.

Descrieți și proiectați cel mai mult experiențe interesante prin difuzie.

Metode de cercetare:

Analiza literaturii și materialelor de pe internet.

Efectuarea de experimente pentru a studia dependența difuziei de tipul de substanță și temperatură.

Analiza rezultatelor.

Subiect de studiu: fenomenul difuziei, dependența cursului difuziei de diverși factori, manifestarea difuziei în natură, tehnologie, viața de zi cu zi.

Ipoteză: difuziunea este de mare importanță pentru om și natură.

1. Partea teoretică

1.1.Ce este difuzia

Difuzia este o amestecare spontană a substanțelor învecinate, care are loc din cauza mișcării haotice (aleatorie) a moleculelor.

O altă definiție: difuzie ( lat. difuziune- distribuție, răspândire, dispersie) - procesul de transfer de materie sau energie dintr-o zonă cu o concentrație mare într-o zonă cu o concentrație scăzută.

Cel mai faimos exemplu de difuzie este amestecarea gazelor sau a lichidelor (dacă aruncați cerneală în apă, lichidul va deveni uniform colorat după un timp).

Difuzia are loc în lichide, solide și gaze. Difuzia are loc cel mai rapid în gaze, mai lentă în lichide și chiar mai lentă în solide, ceea ce se datorează naturii mișcării termice a particulelor din aceste medii. Traiectoria fiecărei particule de gaz este o linie întreruptă, deoarece Când particulele se ciocnesc, ele își schimbă direcția și viteza de mișcare. Timp de secole, muncitorii au sudat metale și au făcut oțel prin încălzirea fierului solid într-o atmosferă de carbon, fără a avea nici cea mai mică idee despre procesele de difuzie care au loc. Abia în 1896. a început studiul problemei.

Difuzia moleculelor se desfășoară foarte lent. De exemplu, dacă o bucată de zahăr este coborâtă pe fundul unui pahar cu apă și apa nu este amestecată, va dura câteva săptămâni până când soluția devine omogenă.

1.2. Rolul difuziei în natură

Cu ajutorul difuziei, în aer se răspândesc diverse substanțe gazoase: de exemplu, fumul unui incendiu se răspândește pe distanțe lungi. Dacă te uiți la coșurile de fum ale fabricilor și țevile de evacuare ale mașinilor, în multe cazuri fumul este vizibil în apropierea coșurilor de fum. Și apoi dispare undeva. Fumul se dizolvă în aer prin difuzie. Dacă fumul este dens, atunci pena sa se întinde destul de departe.

Rezultatul difuziei poate fi egalizarea temperaturii din cameră în timpul ventilației. În același mod, poluarea aerului are loc cu produse industriale nocive și cu gazele de eșapament ale vehiculelor. Gazul natural combustibil pe care îl folosim acasă este incolor și inodor. În cazul unei scurgeri, este imposibil de observat, prin urmare, la stațiile de distribuție, gazul este amestecat cu o substanță specială care are un miros ascuțit, neplăcut, care este ușor simțit de o persoană chiar și la o concentrație foarte scăzută. Această precauție vă permite să observați rapid acumularea de gaz în cameră dacă apare o scurgere (Fig. 1).

Datorită fenomenului de difuzie, stratul inferior al atmosferei - troposfera - este format dintr-un amestec de gaze: azot, oxigen, dioxid de carbonși vapori de apă. În absența difuziei, stratificarea s-ar produce sub acțiunea gravitației: în partea de jos ar fi un strat de dioxid de carbon greu, deasupra acestuia - oxigen, deasupra - azot, gaze inerte (Fig. 2).

Pe cer, observăm și acest fenomen. Norii împrăștiați sunt, de asemenea, un exemplu de difuzie și cât de precis spune F. Tyutchev despre asta: „Norii se topesc pe cer ...” (Fig. 3)

Amestecarea apei dulci cu apa sarata la confluenta raurilor in mare se bazeaza pe principiul difuziei. Difuzia solutiilor de diverse saruri in sol contribuie la alimentatia normala a plantelor.

Joacă de difuzare mare rolîn viața vegetală și animală. Furnicile își marchează drumul cu picături de lichid mirositor și află drumul spre casă (Figura 4)

Datorită difuziei, insectele își găsesc hrana. Fluturii, fluturând între plante, își găsesc întotdeauna drumul către o floare frumoasă. Albinele, după ce au găsit un obiect dulce, îl năpustesc cu roiul lor. Și planta crește, înflorește și pentru ei, datorită difuziei. La urma urmei, spunem că o plantă respiră și expiră aer, bea apă și primește diverși microaditivi din sol.

Carnivorile își găsesc prada și prin difuzie. Rechinii miros sânge la o distanță de câțiva kilometri, la fel ca și peștii piranha (Figura 5).

Procesele de difuzie joacă un rol important în furnizarea de oxigen la rezervoarele naturale și acvariile. Oxigenul pătrunde în straturile mai adânci de apă din apele stagnante datorită difuziei prin suprafața lor liberă. Deci, de exemplu, frunzele sau lintia de rață care acoperă suprafața apei pot opri complet accesul oxigenului la apă și pot duce la moartea locuitorilor săi. Din același motiv, vasele cu gât îngust nu sunt potrivite pentru utilizare ca acvariu (Figura 6).

S-a remarcat deja că există multe în comun în sensul fenomenului de difuzie pentru activitatea vitală a plantelor și animalelor. În primul rând, trebuie remarcat rolul schimbului de difuzie prin suprafața plantelor în îndeplinirea funcției respiratorii. Pentru copaci, de exemplu, se observă o dezvoltare deosebit de mare a suprafeței (coroana frunzelor), deoarece schimbul de difuzie prin suprafața frunzelor îndeplinește funcția de respirație. K.A. Timiryazev a spus: „Fie că vorbim despre nutriția rădăcinii datorită substanțelor din sol, fie că vorbim despre nutriția aerului a frunzelor din cauza atmosferei sau despre alimentația unui organ datorită altuia, vecin, peste tot vom recurge la aceleaşi motive de explicaţie. : difuzie” (Fig. 7).

Datorită difuziei, oxigenul din plămâni pătrunde în sângele uman, iar din sânge în țesuturi.

LA literatura stiintifica Am studiat procesul de difuzie unidirecțională - osmoză, adică. difuzia substantelor prin membrane semipermeabile. Procesul de osmoză diferă de difuzia liberă prin aceea că la limita a două lichide în contact există un obstacol sub forma unei partiții (membrană), care este permeabilă numai la solvent și deloc permeabilă la moleculele solutului ( Fig. 8).

Soluţiile de sol conţin săruri minerale şi compusi organici. Apa din sol intră în plantă prin osmoză prin membranele semi-permeabile ale firelor de păr rădăcină. Concentrația de apă în sol este mai mare decât în ​​interiorul firelor de păr, astfel încât apa pătrunde în bob și dă viață plantei.

1.3. Rolul difuzării în viața de zi cu zi și în tehnologie

Difuzia este folosită în multe procese tehnologice: sărarea, obținerea zahărului (aștrii de sfeclă de zahăr se spală cu apă, moleculele de zahăr difuzează din tals în soluție), gătirea gemului, vopsirea țesăturilor, spălarea lucrurilor, cementarea, sudarea și lipirea metalelor, inclusiv sudarea prin difuzie în vid (metale). sunt sudate care sunt altele este imposibil de conectat prin metode - oțel cu fontă, argint cu oțel inoxidabil etc.) și metalizarea prin difuzie a produselor (saturarea suprafeței produselor din oțel cu aluminiu, crom, siliciu), nitrurare - saturarea suprafața oțelului cu azot (oțelul devine dur, rezistent la uzură), cementare - saturarea produselor din oțel cu carbon, cianurare - saturarea suprafeței oțelului cu carbon și azot.

Răspândirea mirosurilor în aer este cel mai comun exemplu de difuzie în gaze. De ce se răspândește mirosul nu instantaneu, ci după ceva timp? Faptul este că, în timp ce se deplasează într-o anumită direcție, moleculele unei substanțe mirositoare se ciocnesc cu moleculele de aer. Traiectoria fiecărei particule de gaz este o linie întreruptă, deoarece Când particulele se ciocnesc, ele își schimbă direcția și viteza de mișcare.

2. Partea practică

Câte lucruri uimitoare și interesante se întâmplă în jurul nostru! Vreau să învăț multe, încerc să explic pe cont propriu. De aceea am decis să fac o serie de experimente, în cadrul cărora am încercat să aflu dacă teoria difuziei este cu adevărat valabilă, dacă își găsește confirmarea în practică. Orice teorie poate fi considerată de încredere numai dacă este confirmată experimental în mod repetat.

Experienta nr. 1 Observarea fenomenului de difuzie in lichide

Ţintă: studiază difuzia într-un lichid. Observați dizolvarea bucăților de permanganat de potasiu în apă, la o temperatură constantă (la t = 20 ° C)

Dispozitive și materiale: pahar cu apă, termometru, permanganat de potasiu.

Am luat o bucată de permanganat de potasiu și două pahare de apă curată la o temperatură de 20 ° C. Am pus bucăți de permanganat de potasiu în pahare și am început să observ ce se întâmplă. După 1 minut, apa din pahare începe să se păteze.

Apa este un solvent bun. Sub acțiunea moleculelor de apă, legăturile dintre molecule sunt distruse solide permanganat de potasiu.

In primul pahar nu am amestecat solutia, dar in al doilea am amestecat-o. Amestecând apa (agitând), m-am asigurat că procesul de difuzie este mult mai rapid (2 minute)

Culoarea apei din primul pahar devine mai intensă pe măsură ce trece timpul. Moleculele de apă pătrund între moleculele de permanganat de potasiu, rupând forțele de atracție. Concomitent cu forțele de atracție dintre molecule, încep să acționeze și forțele de respingere și, ca urmare, rețeaua cristalină a solidului este distrusă. Procesul de dizolvare a permanganatului de potasiu sa încheiat. Durata experimentului este de 3 ore și 15 minute. Apa a devenit complet purpurie (Figura 9-12).

Se poate concluziona că fenomenul de difuzie într-un lichid este un proces îndelungat, care are ca rezultat dizolvarea solidelor.

Am vrut să aflu ce altceva determină viteza de difuzie.

Experimentul nr. 2 Studierea dependenței vitezei de difuzie de temperatură

Ţintă: studiază modul în care temperatura apei afectează viteza de difuzie.

Dispozitive și materiale: termometre - 1 buc, cronometru - 1 buc, pahare - 4 buc, ceai, permanganat de potasiu.

(Experienta de preparare a ceaiului la o temperatura initiala de 20°C si la o temperatura de 100°C in doua pahare).

Am luat două pahare de apă la t=20°C și t=100°C. Cifrele arată cursul experimentului după un anumit timp de la început: la începutul experimentului - Fig. 1, după 30 s. - Fig. 2, după 1 min. - Fig. 3, după 2 min. - Fig. 4, după 5 min. - Figura 5, după 15 min. - fig.6. Din această experiență, putem concluziona că viteza de difuzie este afectată de temperatură: cu cât temperatura este mai mare, cu atât este mai mare viteza de difuzie (Fig. 13-17).

Am obtinut aceleasi rezultate cand am luat 2 pahare de apa in loc de ceai. Într-una dintre ele era apă la temperatura camerei, în a doua apă clocotită.

Am scăpat aceeași cantitate de permanganat de potasiu în fiecare pahar. În paharul unde temperatura apei era mai mare, procesul de difuzie a decurs mult mai rapid (Fig. 18-23.)

Prin urmare, viteza de difuzie depinde de temperatură - cu cât temperatura este mai mare, cu atât are loc difuzia mai intensă.

Experimentul nr. 3 Observarea difuziei folosind reactivi chimici

Ţintă: Observarea fenomenului de difuzie la distanta.

Echipament: vată, amoniac, fenolftaleină, eprubetă.

Descrierea experienței: Se toarnă amoniac într-o eprubetă. Umeziți o bucată de vată cu fenolftaleină și puneți-o deasupra într-o eprubetă. După ceva timp, observăm colorarea lânii (Fig. 24-26).

Amoniacul se evaporă; moleculele de amoniac au pătruns în vata umezită cu fenolftaleină și s-a pătat, deși vata nu a fost adusă în contact cu alcoolul. Moleculele de alcool s-au amestecat cu molecule de aer și au ajuns la lână. Acest experiment demonstrează fenomenul de difuzie la distanță.

Experienta numarul 4. Observarea fenomenului de difuzie în gaze

Ţintă: studiul modificărilor difuziei gazului în aer în funcție de schimbările de temperatură din încăpere.

Dispozitive și materiale: cronometru, parfum, termometru

Descrierea experienței și a rezultatelor:Am studiat timpul de răspândire a mirosului de parfum în birou V=120m 3 la temperatura t = +20 0 . S-a înregistrat timpul de la începutul răspândirii mirosului în cameră până la dobândirea unei sensibilități clare la persoanele care stau la o distanță de 10 m de obiectul studiat (parfum). (fig. 27-29)

Experiența nr. 5 Dizolvarea bucăților de guașă în apă, la o temperatură constantă

Ţintă:

Dispozitive și materiale: trei pahare, apă, guașă în trei culori.

Descrierea experienței și a rezultatelor obținute:

Au luat trei pahare, au luat apă t = 25 0 C, au aruncat bucăți identice de guașă în pahare.

Am început să observăm dizolvarea guașei.

Fotografii făcute după 1 minut, 5 minute, 10 minute, 20 minute, dizolvarea s-a încheiat după 4 ore și 19 minute (Figura 30-34)

Experiența nr. 6 Observarea fenomenului de difuzie în solide

Ţintă: observarea difuziei în solide.

Dispozitive și materiale: măr, cartof, morcov, soluție „verde strălucitor”, pipetă.

Descrierea experienței și a rezultatelor obținute:

Taiem marul, morcovul, cartoful "picurare verde" intr-una din jumatati.

Urmărind pata răspândită pe suprafață

Tăiem la locul de contact cu verdele strălucitor pentru a vedea cât de adânc a pătruns în interior (Fig. 35-37)

Cum se efectuează un experiment pentru a confirma ipoteza despre posibilitatea difuzării în solide? Este posibil să amestecați substanțe într-un astfel de starea de agregare? Cel mai probabil răspunsul este „Da”. Dar este convenabil să se observe difuzia în solide (foarte vâscoase) folosind geluri groase. Aceasta este o soluție densă de gelatină. Se poate prepara astfel: se dizolva 4-5 g gelatina comestibila uscata in apa rece. Gelatina trebuie mai întâi să se umfle timp de câteva ore, apoi se dizolvă complet cu amestecare în 100 ml de apă, coborâtă într-un vas cu apă fierbinte. După răcire se obține o soluție de gelatină 4-5%.

Experiența nr. 7 Observarea difuziei folosind geluri groase

Ţintă: Observarea fenomenului de difuzie în solide (folosind o soluție groasă de gelatină).

Echipament: Soluție de gelatină 4%, eprubetă, un mic cristal de permanganat de potasiu, pensetă.

Descrierea și rezultatul experimentului: Se pune soluția de gelatină într-o eprubetă, în centrul eprubei rapid, într-o singură mișcare, se introduce cu penseta un cristal de permanganat de potasiu.

Cristal de permanganat de potasiu la începutul experimentului

Amplasarea cristalului într-un flacon cu o soluție de gelatină după 1,5 ore

În câteva minute, o minge de culoare violet va începe să crească în jurul cristalului, cu timpul devine din ce în ce mai mare. Aceasta înseamnă că substanța cristalului se răspândește în toate direcțiile cu aceeași viteză (Fig. 38-39)

Difuzia are loc în solide, dar mult mai lent decât în ​​lichide și gaze.

Experiența nr. 8 Diferența de temperatură într-un lichid - difuzie termică

Ţintă: Observarea fenomenului de difuzie termică.

Echipament: 4 borcane identice de sticla, 2 culori de vopsea, apa calda si rece, 2 cartonase de plastic.

Descrierea și rezultatul experimentului:

1. Adăugați puțină vopsea roșie la vasele 1 și 2, vopsea albastră la vasele 3 și 4.

2. Turnați apă fierbinte în vasele 1 și 2.

3. Turnați apă rece în vasele 3 și 4.

4. Vasul 1 este acoperit cu un card de plastic, răsturnat și așezat pe vasul 4.

5. Vasul 3 este acoperit cu un card de plastic, răsturnat și așezat pe vasul 2.

6. Scoateți ambele cărți.

Acest experiment demonstrează efectul difuziei termice. În primul caz, apa caldă se află deasupra apei rece și difuzia nu are loc până când temperaturile sunt egale. Și în al doilea caz, dimpotrivă, este cald în partea de jos și rece în partea de sus. Și în al doilea caz, moleculele de apă caldă încep să se miște în sus, iar moleculele de apă rece - în jos (Fig. 41-44).

Concluzie

În timpul acesta muncă de cercetare Se poate concluziona că difuzia joacă un rol uriaș în viața oamenilor și a animalelor.

Pe parcursul acestei lucrări de cercetare, se poate concluziona că durata difuziei depinde de temperatură: cu cât temperatura este mai mare, cu atât are loc difuzia mai rapidă.

Am studiat fenomenul difuziei pe exemplul diferitelor substanțe.

Debitul depinde de tipul de substanță: în gaze curge mai repede decât în ​​lichide; în solide difuzia se desfășoară mult mai lent.Această afirmație poate fi explicată astfel: moleculele de gaz sunt libere, situate la distanțe mult mai multe dimensiuni moleculele se deplasează cu viteze mari. Moleculele lichidelor sunt dispuse la fel de aleatoriu ca în gaze, dar mult mai dense. Fiecare moleculă, fiind înconjurată de molecule învecinate, se mișcă încet în interiorul lichidului. Moleculele de solide oscilează în jurul poziției de echilibru.

Există difuzie termică.

Bibliografie

Gendenstein, L.E. Fizică. clasa a 7-a. Partea 1 / L.E. Gendenshtein, A.B., Kaydalov. - M: Mnemosyne, 2009.-255 p.;

Kirillova, I.G. Carte de lectură de fizică pentru elevii de clasa a VII-a liceu/ IG. Kirillova.- M., 1986.-207 p.;

Olgin, O. Experimente fără explozii / O. Olgin.- M.: Khimik, 1986.-192 p.;

Peryshkin, A.V. Manual de fizică Clasa a VII-a / A.V. Peryshkin.- M., 2010.-189 p.;

Razumovsky, V.G. Sarcini creative în fizică / V.G. Razumovsky.- M., 1966.-159 p.;

Ryzhenkov, A.P. Fizică. Om. Mediu inconjurator: Aplicaţie la manualul de fizică pentru clasa a VII-a a instituţiilor de învăţământ / A.P. Ryzhenkov.- M., 1996.- 120 p.;

Chuyanov, V.A. Dicţionar enciclopedic al unui tânăr fizician / V.A. Chuyanov.- M., 1984.- 352 p.;

Shablovsky, W. Fizica distractivă/ V. Shablovsky. S.-P., Trigon, 1997.-416 p.

Apendice

poza 1

figura 2

figura 3

figura 4

figura 5

figura 6

figura 7

Particulele de solvent (albastre) sunt capabile să traverseze membrana,

particulele de solut (roșu) nu sunt.

figura 8

figura 9

figura 10

figura 11

figura 12

figura 13

figura 14

figura 15

figura 16

figura 17

figura 18

figura 19

figura 20

figura 21

figura 22

figura 23

figura 24

figura 25

figura 26

figura 27

figura 28

figura 29

figura 30

figura 31

figura 32

figura 33

figura 34

figura 35

figura 36