Diffusie in een vloeistof: procesomstandigheden, voorbeelden. Experimenten met vloeistoffen

Om te beginnen, de vloeistof istussentijdse aggregatietoestand. Bij het kritieke kookpunt is het vergelijkbaar met gassen en bij lage temperaturen verschijnen eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van een vaste stof. Een vloeistof heeft geen ideaal model, wat de beschrijving van zijn evenwicht thermodynamische eigenschappen, vriestemperatuur, viscositeit, diffusie, thermische geleidbaarheid, oppervlaktespanning, entropie en enthalpie aanzienlijk bemoeilijkt.

definitie

Wat is diffusie? Dit is de verspreiding, verspreiding, beweging van deeltjes van het medium, die leidt tot de overdracht van materie, het vestigen van evenwichtsconcentraties. Bij afwezigheid van externe invloeden wordt dit proces bepaald door de thermische beweging van deeltjes. In dit geval gaat het diffusieproces gepaard met een concentratie die direct evenredig is aan afhankelijkheid. De diffusieflux varieert op een manier die vergelijkbaar is met een concentratiegradiënt.

species

Als diffusie in een vloeistof plaatsvindt met een verandering in temperatuur, wordt dit thermische diffusie genoemd, in een elektrisch veld wordt dit elektrodiffusie genoemd.

Het proces van beweging van grote deeltjes in een vloeistof of gas vindt plaats volgens de wetten van de Brownse beweging.

Stroom kenmerken

Diffusie in gassen, vloeistoffen en vaste stoffenstroomt met verschillende snelheden. Vanwege de verschillen in de aard van de thermische beweging van deeltjes in verschillende media, heeft het proces de maximale snelheid in gassen, en het minimale aantal bevindt zich in vaste stoffen.

Het traject van het deeltje is een gebroken lijnregel, omdat de richting en snelheid periodiek verandert. Vanwege de stoornis van de beweging, is er een geleidelijke verwijdering van het deeltje uit de beginpositie. De verplaatsing ervan in een rechte lijn is aanzienlijk korter dan het pad dat langs een afgebroken traject plaatsvindt.

Law fika

Diffusie in een vloeistof gehoorzaamt twee Fick-wetten:

• de diffusiefluxdichtheid is recht evenredig met de concentratie met een diffusiecoëfficiënt;
• de veranderingssnelheid van de diffusiefluxdichtheid is recht evenredig met de snelheid van verandering van concentratie en heeft een omgekeerde richting.

Diffusie in een vloeistof wordt gekenmerkt door onregelmatigmoleculen van de ene evenwichtspositie naar de andere. Elke dergelijke sprong wordt waargenomen in het geval van de overdracht van energie aan het molecuul in een volume dat voldoende is om de binding met andere deeltjes te verbreken. De gemiddelde waarde van de sprong overschrijdt de afstand tussen de moleculen niet.

Ruzie maken over wat diffusie in een vloeistof is,Merk op dat het proces temperatuurafhankelijk is. Als het toeneemt, "lost" de structuur van de vloeistof, waardoor een sterke toename van het aantal sprongen per tijdseenheid wordt waargenomen.

Diffusie in gassen, vloeistoffen en vaste stoffen heeft enkele onderscheidende kenmerken. In vaste stoffen is het mechanisme bijvoorbeeld geassocieerd met de beweging van atomen in het kristalrooster.

Kenmerken van het fenomeen

Diffusie in een vloeistof is praktischrente vanwege het feit dat het gepaard gaat met de concentratie van de stof in het oorspronkelijk inhomogene medium. Van gebieden met een grotere concentratie van deeltjes gaat veel meer.

experimenten

Experimenten met vloeistoffen hebben aangetoond dat diffusie heeftspeciale betekenis in de chemische kinetiek. In de loop van een chemisch proces op het oppervlak van een reagens of katalysator, draagt ​​deze werkwijze bij aan de bepaling van de snelheid van onttrekking van de reactieproducten en de toevoeging van initiële reagentia.

Wat verklaart de diffusie in vloeistoffen? Oplosmiddelmoleculen kunnen doorschijnende membranen penetreren, resulterend in osmotische druk. Dit fenomeen heeft toepassing gevonden in chemische en fysische methoden voor scheiding van stoffen.

Biologische systemen

In dit geval kunnen diffusiemodellen worden overwogen.op het voorbeeld van het binnenkomen in de longen van zuurstof uit de lucht, opname van de producten van de spijsvertering uit de darmen in het bloed, en opname van minerale elementen door wortelharen. Diffusie van ionen vindt plaats tijdens het genereren van bio-elektrische pulsen door spier- en zenuwcellen.

De fysieke factor die van invloed isde selectiviteit van accumulatie in de cellen van het lichaam van bepaalde elementen, is de verschillende mate van penetratie van ionen door het celmembraan. Dit proces kan worden uitgedrukt door de Fick-wet, waarbij de waarde van de diffusiecoëfficiënt wordt vervangen door de membraanpermeabiliteitsindex en in plaats van de concentratiegradiënt met behulp van het verschil in waarden aan beide zijden van het membraan. Bij diffusie penetratie van water en gassen in de cel, veranderen de osmotische indicatoren van druk binnen en buiten de cel.

Analyseren wat de diffusie bepaalt, merken we opdie verschillende typen van dit proces onderscheiden. De eenvoudige vorm houdt verband met de vrije overdracht van ionen en moleculen naar de gradiënt van hun elektrochemische potentieel. Een vergelijkbare optie is bijvoorbeeld geschikt voor die stoffen waarin de moleculen kleine afmetingen hebben, bijvoorbeeld methylalcohol, water.

Een beperkte optie houdt een zwakke overdracht van materie in. Zelfs kleine deeltjes kunnen bijvoorbeeld niet in de cel dringen.

Pagina's van geschiedenis

Diffusie werd ontdekt tijdens de hoogtijdagenoude Griekse cultuur. Democritus en Anaxogor waren ervan overtuigd dat elke substantie uit atomen bestaat. Een verscheidenheid aan stoffen die veel voorkomen in de natuur, ze legden de verbindingen tussen elke afzonderlijke atomen uit. Ze gingen ervan uit dat deze deeltjes konden vermengen, waardoor nieuwe stoffen werden gevormd. Onder de grondleggers van de moleculair-kinetische theorie, die het mechanisme van diffusie uitlegde, speelde Mikhail Lomonosov een speciale rol. Ze kregen de definitie van het molecuul, atoom, uitgelegd het mechanisme van ontbinding.

experimenten

Ervaring met suiker stelt u in staat om alle functies te begrijpendiffusie. Als je een stuk suiker in koude thee zet, vormt zich geleidelijk een dikke siroop op de bodem van de beker. Het is zichtbaar voor het blote oog. Na enige tijd wordt de siroop gelijkmatig verdeeld over het volledige volume vloeistof en is deze niet langer zichtbaar. Dit proces verloopt spontaan en omvat geen vermenging van de componenten van de oplossing. Evenzo is er een parfumgeur verspreid door de kamer.

Deze experimenten suggereren datdiffusie is een spontaan proces van penetratie van moleculen van de ene substantie in de andere. De verdeling van de substantie komt in alle richtingen voor, ondanks de aanwezigheid van de zwaartekracht. Dit proces is een directe bevestiging van de constante beweging van stofmoleculen.

Dus, in het bovenstaande voorbeeld, de diffusie van suiker en watermoleculen, wat gepaard gaat met een uniforme verdeling van moleculen van organisch materiaal door het hele volume vloeistof.

Experimenten maken detectie van diffusie mogelijkalleen in vloeistoffen, maar ook in gasvormige stoffen. Het is bijvoorbeeld mogelijk om een ​​container met paren ether op de weegschaal te installeren. Geleidelijk zullen de kopjes in evenwicht komen, dan zal het glas met ether zwaarder zijn. Wat is de reden voor dit fenomeen?

In de loop van de tijd worden de ethermoleculen vermengdluchtdeeltjes, en in de kamer begint een eigenaardige geur te voelen. In de loop van de fysica van de middelbare school wordt een experiment overwogen waarbij de leraar een korrel kaliumpermanganaat (kaliumpermanganaat) in water oplost. In eerste instantie is een duidelijk bewegingspad van het graan zichtbaar, maar geleidelijk krijgt de hele oplossing een uniforme schaduw. Op basis van het experiment legt de leraar de kenmerken van diffusie uit.

Om factoren te identificeren die de snelheid beïnvloedende processtroom in vloeistoffen, u kunt water met verschillende temperaturen gebruiken. In een hete vloeistof wordt het proces van het onderling mengen van moleculen veel sneller waargenomen, daarom is er een directe relatie tussen de waarde van temperatuur en de snelheid van diffusie.

conclusie

Experimenten uitgevoerd met gassen, vloeistoffen en vaste stoffen, stellen ons in staat om de wetten van de fysica te formuleren, om de relatie tussen individuele grootheden vast te stellen.

Het was als resultaat van de experimenten vastgesteldhet mechanisme van wederzijdse penetratie van deeltjes van de ene substantie in een andere, bewees de willekeurigheid van hun beweging. Experimenteel bleek dat diffusie in gasvormige stoffen het snelst optreedt. Dit proces is van groot belang voor dieren in het wild, wordt gebruikt in wetenschap en technologie.

Vanwege dit fenomeen, homogeensamenstelling van de atmosfeer van de aarde. Anders zou er een scheiding van de troposfeer zijn in afzonderlijke gasvormige stoffen en zou zware kooldioxide, die ongeschikt is om te ademen, het dichtst bij het oppervlak van onze planeet zijn. Waar zou het toe leiden? Wildlife zou simpelweg ophouden te bestaan.

De rol van diffusie in de plantenwereld. De weelderige kroon van bomen kan worden verklaard door diffusie-uitwisseling door het bladoppervlak. Hierdoor wordt niet alleen de ademhaling uitgevoerd, maar ook de voeding van de boom. Momenteel wordt in de landbouw leaf farming van bomen en struiken gebruikt, wat betekent dat de kroon bespoten wordt met speciale chemische verbindingen.

Het is tijdens diffusie dat een plant uit de grond krijgtvoedingsstoffen. De fysiologische processen die plaatsvinden in levende organismen worden ook geassocieerd met dit fenomeen. Bijvoorbeeld, zoutbalans is onmogelijk zonder diffusie. Zulke processen spelen een enorm belangrijke rol bij het leveren van zuurstof aan meren en rivieren. Gas komt door diffusie in de diepten van het reservoir. Als een dergelijk proces afwezig zou zijn, zou het leven in het reservoir ophouden te bestaan.

Medicijnen, toestaaneen persoon die zichzelf beschermt tegen ziekteverwekkers van verschillende ziektes en het welzijn verbetert, is ook gebaseerd op diffusie. Dit fenomeen wordt gebruikt bij het lassen van metalen, de productie van suikersap uit bietenchips, de bereiding van banketbakkersproducten. Het is moeilijk om een ​​tak van de moderne industrie te vinden waar diffusie niet wordt toegepast.