Hur sker diffusion i gaser? Diffusion i fasta ämnen, vätskor och gaser: definition, förhållanden

Finns det sådana pinsamheter?

DIV_ADBLOCK790">

Låt oss ta en närmare titt på diffusion i olika aggregationstillstånd.

Diffusion sker snabbast i gaser. Låt oss komma ihåg detta exempel. Vi sitter i rummet och gör läxor. Och sedan kommer doften av pajer in i rummet, det visar sig att mamma är upptagen i köket och lukten bjuder oss redan att se vilken läcker mat som väntar oss. Som vi vet är molekylerna av något ämne på ett visst avstånd från varandra och rör sig ständigt kaotiskt. Det är därför enskilda molekyler av "pajer", som rör sig kaotiskt, tränger in i luckorna mellan luftmolekylerna, kolliderar med dem och rör sig därmed längre och längre från källan, d.v.s. från skålen med smaskig mat. Detta är ett klassiskt exempel på fenomenet diffusion i gaser.

Diffusion sker långsammare i vätskor. Vi kan ge ett exempel även i detta fall. Till exempel processen att brygga te, kaffe, etc. Och för större tydlighet kommer vi att genomföra fler experiment.

Och diffusionen går ännu långsammare i fasta ämnen. Ett enkelt exempel som är tillgängligt för alla är att ta två stycken flerfärgad plasticine och knåda dem i händerna, observera hur färgerna blandas. Och följaktligen, utan yttre påverkan, om du helt enkelt trycker två bitar mot varandra, kommer det att ta månader eller till och med många år för de två färgerna att blandas åtminstone lite, så att säga, för att tränga in i den andra.

För att bestämma diffusionsmönstren genomförde vi ett experiment.

Experiment nr 1. Observation av fenomenet diffusion i vätska

Mål: Observation av diffusion i en vätska beroende på olika förhållanden.

Enheter och material:

https://pandia.ru/text/79/067/images/image004_63.jpg" width="168" height="320">

grön lösning

glas varmt vatten

pipett

Vegetabilisk olja

Beskrivning av erfarenhet och resultat:

a) släpp "gröna saker" i ett glas kallt vatten och observera hur diffusionsprocessen sker (cirka 8 minuter);

b) utförde samma experiment, endast varmt vatten hälldes i ett glas, processen skedde mycket snabbare än i det första fallet (cirka 40 sekunder);

DIV_ADBLOCK792">

På sommaren, när vi tittade på myrorna, undrade vi alltid hur de, i denna enorma värld för dem, skulle hitta vägen hem. Det visar sig att detta mysterium också avslöjas av diffusionsfenomenet. Myror markerar sin väg med droppar av luktande vätska.

Tack vare diffusion hittar insekter sin mat. Fjärilar, fladdrande mellan växter, hittar alltid sin väg till en vacker blomma. Bin, efter att ha upptäckt ett sött föremål, stormar det med sin svärm. Och växten växer och blommar för dem också, tack vare diffusion. När allt kommer omkring säger vi att en växt andas och andas ut luft

Vi observerar även detta fenomen på himlen. Spridande moln är också ett exempel på diffusion, och som F. Tyutchev exakt sa om detta: "Moln smälter på himlen...". Vi vill också ge några exempel på diffusion i gaser:

· Sprider doften av blommor;

· Tårar över att hacka lök;

· Ett spår av parfym som kan kännas i luften.

Diffusion sker långsammare i vätskorän i gaser, men denna process kan påskyndas genom uppvärmning. Till exempel, för att snabbt pickla gurkor, hälls de med varm saltlake. Vi vet att socker kommer att lösas upp långsammare i iste än i varmt te.

Diffusion sker även i fasta ämnen, men endast i en ännu långsammare hastighet..

Det är omöjligt att se diffusion i ett fast ämne under normala förhållanden, eftersom det vid vanliga temperaturer sker för långsamt. Till exempel läser vi om det här experimentet: mycket smidigt polerade plattor av bly och guld placeras ovanpå varandra och lite vikt läggs på dem. (guldplattan, som är tyngre, placeras i botten.) Vid rumstemperatur (20 °C), under 4-5 år, penetrerar guld och bly varandra till ett avstånd av cirka 1 mm.

Naturligtvis kommer vi inte att kunna observera detta. Därför är det svårt för oss att själva komma med exempel.

Slutsats

Baserat på ovanstående kan vi dra slutsatsen att diffusion spelar en enorm roll i människors och djurs liv utan detta fenomen skulle livet på jorden vara omöjligt. Men tyvärr har människor, som ett resultat av sina aktiviteter, ofta en negativ inverkan på naturliga processer i naturen. Och till sist har vi sammanställt ett litet korsord på ämnet, men vilket du får reda på genom att svara på alla frågor.

1 element av cellstruktur

2 förändring av kroppens eller dess delar

3 ett av naturvetenskapens huvudområden

4 anledning, drivkraften för någon process, fenomen

5 minsta partikel av materia

6 chockväder

7 kraft som förhindrar rörelse av en kropp på ytan av en annan

8 händelse, incident.

Bland de många fenomenen i fysiken är diffusionsprocessen en av de enklaste och mest begripliga. När allt kommer omkring, varje morgon, när du förbereder aromatiskt te eller kaffe, har en person möjlighet att observera denna reaktion i praktiken. Låt oss lära oss mer om denna process och förutsättningarna för dess förekomst i olika aggregationstillstånd.

Vad är diffusion

Detta ord hänvisar till penetrationen av molekyler eller atomer av en substans mellan liknande strukturella enheter av en annan. I detta fall utjämnas koncentrationen av penetrerande föreningar.

Denna process beskrevs först i detalj av den tyske forskaren Adolf Fick 1855.

Namnet på denna term härrörde från latinets diffusio (interaktion, spridning, distribution).

Diffusion i vätska

Processen i fråga kan ske med ämnen i alla tre aggregationstillstånd: gasformiga, flytande och fasta. För att hitta praktiska exempel på detta är det bara att titta i köket.

Borsjtj som puttrar på spisen är en av dem. Under påverkan av temperatur reagerar molekylerna av glukosinbetanin (ämnet som ger rödbetor en så rik scharlakansröd färg) jämnt med vattenmolekyler, vilket ger den en unik vinröd nyans. Detta fall är i vätskor.

Förutom borsjtj kan denna process också ses i ett glas te eller kaffe. Båda dessa drycker har en sådan enhetlig, rik nyans på grund av det faktum att bryggningen eller partiklarna av kaffe, som löses upp i vatten, sprids jämnt mellan dess molekyler och färgar det. Handlingen av alla populära snabbdrycker på nittiotalet är baserad på samma princip: Yupi, Invite, Zuko.

Interpenetration av gaser

Atomer och molekyler som bär lukt är i aktiv rörelse och, som ett resultat, blandas med partiklar som redan finns i luften och är ganska jämnt spridda i rummet.

Detta är en manifestation av diffusion i gaser. Det är värt att notera att inandningen av luft i sig också hänför sig till processen i fråga, liksom den aptitretande lukten av nyberedd borsjtj i köket.

Diffusion i fasta ämnen

Köksbordet, på vilket det finns blommor, är täckt med en ljusgul duk. Den fick en liknande nyans på grund av diffusionsförmågan att ske i fasta ämnen.

Processen att ge duken en viss enhetlig nyans sker i flera steg enligt följande.

1. Partiklar av gult pigment diffunderade i färgämnestanken mot det fibrösa materialet.
2. De absorberades sedan av den yttre ytan av tyget som färgades.
3. Nästa steg var att diffundera färgen igen, men denna gång in i tygets fibrer.
4. Slutligen fixerade tyget partiklar av pigment, vilket blev färgat.

Diffusion av gaser i metaller

Vanligtvis, när vi talar om denna process, överväger vi interaktionerna mellan ämnen i identiska aggregationstillstånd. Till exempel diffusion i fasta ämnen, fasta ämnen. För att bevisa detta fenomen genomförs ett experiment med två metallplattor (guld och bly) pressade mot varandra. Interpenetrationen av deras molekyler sker under ganska lång tid (en millimeter på fem år). Denna process används för att göra ovanliga smycken.

Emellertid kan föreningar i olika aggregationstillstånd också diffundera. Det finns till exempel diffusion av gaser i fasta ämnen.

Under experiment visade det sig att en liknande process inträffar i atomtillståndet. För att aktivera det krävs som regel en betydande ökning av temperatur och tryck.

Ett exempel på sådan gasdiffusion i fasta ämnen är vätekorrosion. Det visar sig i situationer när väteatomer (H2) som genereras under någon kemisk reaktion under inverkan av höga temperaturer (från 200 till 650 grader Celsius) tränger in mellan metallens strukturella partiklar.

Förutom väte kan även diffusion av syre och andra gaser förekomma i fasta ämnen. Denna process, osynlig för ögat, orsakar mycket skada, eftersom metallstrukturer kan kollapsa på grund av det.

Diffusion av vätskor i metaller

Men inte bara gasmolekyler kan penetrera fasta ämnen, utan även vätskor. Som i fallet med väte leder denna process oftast till korrosion (om vi pratar om metaller).

Ett klassiskt exempel på vätskediffusion i fasta ämnen är korrosion av metaller under påverkan av vatten (H 2 O) eller elektrolytlösningar. För de flesta är denna process mer bekant under namnet rost. Till skillnad från vätekorrosion påträffas det i praktiken mycket oftare.

Förutsättningar för att accelerera diffusion. Diffusionskoefficient

Efter att ha tagit reda på i vilka ämnen processen i fråga kan förekomma, är det värt att ta reda på förutsättningarna för dess förekomst.

Först och främst beror diffusionshastigheten på det aggregationstillstånd i vilket de interagerande ämnena befinner sig. Ju större reaktionen sker, desto långsammare hastighet.

I detta avseende kommer diffusion i vätskor och gaser alltid att vara mer aktiv än i fasta ämnen.

Till exempel, om kristaller av kaliumpermanganat KMnO 4 (kaliumpermanganat) kastas i vatten, kommer de att ge det en vacker röd färg inom några minuter. Men om du strör KMnO 4-kristaller på en isbit och lägger allt i frysen, kommer kaliumpermanganatet efter flera timmar inte att kunna färga det frusna H 2 O helt.

Från föregående exempel kan vi dra en annan slutsats om diffusionsförhållandena. Förutom tillståndet för aggregation påverkar temperaturen också hastigheten för interpenetration av partiklar.

För att överväga beroendet av processen som övervägs av det, är det värt att lära sig om ett sådant koncept som diffusionskoefficienten. Detta är namnet på den kvantitativa egenskapen för dess hastighet.

I de flesta formler betecknas den med den latinska stora bokstaven D och i SI-systemet mäts den i kvadratmeter per sekund (m²/s), ibland i centimeter per sekund (cm 2 /m).

Diffusionskoefficienten är lika med mängden ämne som sprids genom en enhetsyta under en tidsenhet, förutsatt att skillnaden i densiteter på båda ytorna (belägen på ett avstånd lika med en enhetslängd) är lika med enhet. Kriterierna som bestämmer D är egenskaperna hos det ämne i vilket själva partikeldispergeringsprocessen sker, och deras typ.

Koefficientens beroende av temperatur kan beskrivas med hjälp av Arrhenius-ekvationen: D = D 0exp (-E/TR).

I den övervägda formeln är E den minsta energi som krävs för att aktivera processen; T - temperatur (mätt i Kelvin, inte Celsius); R är gaskonstanten, karakteristisk för en idealgas.

Utöver allt ovanstående påverkas diffusionshastigheten i fasta ämnen och vätskor i gaser av tryck och strålning (induktion eller högfrekvent). Dessutom beror mycket på närvaron av en katalytisk substans ofta som en utlösande faktor för den aktiva dispergeringen av partiklar.

Diffusionsekvation

Detta fenomen är en speciell typ av partiella differentialekvationer.

Dess mål är att hitta beroendet av koncentrationen av ett ämne på storleken och koordinaterna för rummet (i vilket det diffunderar), såväl som tiden. I detta fall karakteriserar den givna koefficienten permeabiliteten hos mediet för reaktionen.

Oftast skrivs diffusionsekvationen enligt följande: ∂φ (r,t)/∂t = ∇ x.

I den är φ (t och r) densiteten för spridningsmaterialet vid punkten r vid tidpunkten t. D (φ, r) är den generaliserade diffusionskoefficienten vid densiteten φ i punkten r.

∇ är en vektordifferentialoperator vars koordinatkomponenter är partiella derivator.

När diffusionskoefficienten är densitetsberoende är ekvationen olinjär. När inte - linjär.

Efter att ha övervägt definitionen av diffusion och funktionerna i denna process i olika miljöer, kan det noteras att den har både positiva och negativa sidor.

Tillämpa förvärvade kunskaper och färdigheter för att lösa praktiska problem i vardagen

Eleverna slutför uppgiften, kom ihåg, uppnår målet med sina egna resurser av minne och tänkande. De skriver ett svar, uttrycker sin egen åsikt och kommer till enighet.

Kontrollera sin egen tid, korrektheten och ordningen på sina egna och sin samtalspartners uttalanden under arbetsprocessen

Spridning i natur och teknik

De arbetar med de texter som varje grupp ska få. Varje grupps uppgift är att lyfta fram huvudpunkterna i texten och skriva en berättelse om tillämpningen av diffusionsprocessen inom detta område. Det kan vara flera talare från en grupp.

Text från grupp 1. Diffusion i växtvärlden

K.A. Timiryazev sa: "Oavsett om vi talar om näringen av roten på grund av de ämnen som finns i jorden, om vi talar om luftnäringen av bladen på grund av atmosfären eller näringen av ett organ på bekostnad av ett annat, angränsande ett organ. - överallt kommer vi att tillgripa samma skäl för förklaring: diffusion".
Faktum är att i växtvärlden är diffusionens roll mycket viktig. Till exempel förklaras den stora utvecklingen av trädens bladkrona av det faktum att diffusionsutbyte genom lövens yta utför inte bara andningsfunktionen utan delvis också näring. För närvarande praktiseras bladmatning av fruktträd genom att spraya deras kronor.
Diffusa processer spelar en stor roll för att förse naturliga reservoarer och akvarier med syre. Syre når djupare vattenlager i stillastående vatten på grund av diffusion genom deras fria yta. Därför är eventuella restriktioner på den fria ytan av vattnet inte önskvärda. Till exempel kan löv eller andmat som täcker vattenytan helt stoppa tillgången av syre till vattnet och leda till att dess invånare dör. Av samma anledning är kärl med smal hals olämpliga för användning som akvarium.

Sms:a 2 grupper. Diffusionens roll i mänsklig matsmältning och andning

Det största upptaget av näringsämnen sker i tunntarmen, vars väggar är speciellt anpassade för detta. Den inre ytan av den mänskliga tarmen är 0,65 m2. Den är täckt med villi - mikroskopiska formationer av slemhinnan 0,2-1 mm hög, på grund av vilken tarmens faktiska yta når 4-5 m2, dvs. når 2-3 gånger hela kroppens yta. Processen för absorption av näringsämnen i tarmen är möjlig på grund av diffusion.
Andning - överföringen av syre från miljön till kroppen genom dess integument - sker ju snabbare, desto större yta på kroppen och miljön, och ju långsammare, desto tjockare och tätare är kroppens integument. Av detta är det tydligt att små organismer, där ytan är stor jämfört med kroppens volym, kan klara sig utan att speciella andningsorgan överhuvudtaget är nöjda med syreflödet uteslutande genom det yttre skalet.
Hur andas en person? Hos människor deltar hela kroppens yta i andningen - från hälarnas tjockaste epidermis till den hårtäckta hårbotten. Huden på bröstet, ryggen och magen andas särskilt intensivt. Intressant nog är dessa områden av huden betydligt mer intensiva än lungorna när det gäller andningsintensitet. Med samma storlek andningsyta kan syre absorberas här med 28 % och koldioxid kan frigöras till och med 54 % mer än i lungorna. Men i hela andningsprocessen är hudens deltagande försumbar jämfört med lungorna, eftersom lungornas totala yta, om du expanderar alla 700 miljoner alveoler, bubblar mikroskopiska bubblor genom vars väggar gasutbyte sker mellan luft och blod, är cirka 90-100 m2, och den totala ytarean på mänsklig hud är cirka 2 m2, det vill säga 45-50 gånger mindre. Sålunda har diffusion stor betydelse i människors, djurs och växters livsprocesser. Tack vare diffusion tränger syre från lungorna in i det mänskliga blodet och från blodet in i vävnaderna.

Grupp 3 text. Tillämpning av diffusion i teknik.

Diffusion används flitigt inom industrin. Diffusionssvetsning av metaller är baserad på diffusionsfenomenet. Diffusionssvetsmetoden används för att koppla samman metaller, icke-metaller, metaller och icke-metaller samt plast. Delarna placeras i en sluten svetskammare med starkt vakuum, komprimeras och värms upp till 800 grader. I detta fall sker intensiv ömsesidig diffusion av atomer i ytskikten av kontaktmaterial. Diffusionssvetsning används främst inom elektronik- och halvledarindustrin samt inom finmekanik.
En diffusionsapparat används för att extrahera lösliga ämnen från krossat fast material. Sådana anordningar är utbredda främst inom betsockerproduktion, där de används för att få sockerjuice från betchips som värmts tillsammans med vatten.
Processen för metallisering är baserad på fenomenet diffusion - att täcka ytan av en produkt med ett lager av metall eller legering för att ge den fysiska, kemiska och mekaniska egenskaper som skiljer sig från egenskaperna hos det metalliserade materialet. Det används för att skydda produkter från korrosion, slitage, öka kontaktelektrisk ledningsförmåga och för dekorativa ändamål. För att öka hårdheten och värmebeständigheten hos ståldelar används uppkolning. Den består i att placera ståldelar i en låda med grafitpulver, som installeras i en termisk ugn. På grund av diffusion tränger kolatomer in i ytskiktet av delar. Inträngningsdjupet beror på temperaturen och hålltiden för delarna i termougnen.

Text för grupp 4. Men diffusion är inte alltid bra för människor. Tyvärr är det nödvändigt att notera de skadliga manifestationerna av detta fenomen. Skorstenar från företag släpper ut koldioxid, kväveoxider och svavel till atmosfären. För närvarande överstiger den totala mängden gasutsläpp till atmosfären 40 miljarder ton per år. Överskott av koldioxid i atmosfären är farligt för jordens levande värld, stör kolkretsloppet i naturen och leder till bildandet av surt regn. Diffusionsprocessen spelar en stor roll i föroreningen av floder, hav och hav. Det årliga utsläppet av industri- och hushållsavloppsvatten i världen är cirka 10 biljoner ton.
Föroreningar av vattendrag leder till att liv försvinner i dem, och vatten som används för att dricka måste renas, vilket är mycket dyrt. Dessutom sker kemiska reaktioner i förorenat vatten, vilket avger värme. Vattentemperaturen stiger, och syrehalten i vattnet minskar, vilket är dåligt för vattenlevande organismer. På grund av stigande vattentemperaturer fryser många floder inte längre på vintern.
För att minska utsläppen av skadliga gaser från industriella rör och rör från värmekraftverk installeras speciella filter. För att förhindra förorening av vattendrag är det nödvändigt att se till att sopor, matavfall, gödsel och olika typer av kemikalier inte slängs nära stränderna.

Fysikläraren Nozdrina L.D.

Diffusion i gaser, vätskor och fasta ämnen.

Bild 2

Mål och mål för lektionen

Grundläggande bestämmelser om IKT;

Bestämning av diffusion;

Funktioner i diffusionsprocessen i olika medier.

Förklara diffusionsfenomenet baserat på MCT.

Bild 3

• En molekyl är den minsta partikeln av materia.
• Mikhail Vasilyevich Lomonosov 1745 skilde mellan begreppen atom och molekyl.
• Molekyler är uppbyggda av atomer.
• En atom är den minsta partikeln i ett kemiskt element.