Difúze v kapalině: podmínky procesu, příklady. Experimenty s kapalinami

Za prvé, kapalina je střední stav agregátu. Při kritickém bodě varu se podobá plynům a při nízkých teplotách se projevují charakteristiky podobné pevnosti. Kapalina nemá ideální model, který významně komplikuje popis jeho rovnovážných termodynamických vlastností, bodu mrznutí, viskozity, difuze, tepelné vodivosti, povrchového napětí, entropie, entalpie.

Definice

Co je difúze? Toto šíření, šíření, pohyb částic média, který vede k přenosu hmoty, vytváření rovnovážných koncentrací. Při absenci vnějších vlivů je tento proces určován tepelným pohybem částic. V tomto případě se proces difúze vztahuje k koncentraci v přímém poměru. Difuzní tok se bude podobně lišit gradient koncentrace.

Odrůdy

Pokud dojde k difúzi v kapalině se změnou teploty, nazývá se tepelná difúze v elektrickém poli elektrodifuzí.

Proces pohybu velkých částic v kapalině nebo plynu probíhá podle zákonů Brownova pohybu.

Vlastnosti průsvitu

Difúze v plynech, kapalinách a pevných látkách probíhá různě. Vzhledem k rozdílům v povaze tepelného pohybu částic v různých médiích je maximální rychlost zpracování v plynech a minimální hodnota je v pevné látce.

Trajektorie pohybu částice je přerušovaná čára, protože směr a rychlost mění periodicky. Kvůli poruše pohybu je pozorováno postupné odstraňování částice z původní polohy. Přemístění je podél přímky je mnohem kratší než cesta, která se děje podél zlomené trajektorie.

Fickův zákon

Difúze v tekutině se řídí dvěma zákony Fick:

• hustota difúzního toku je přímo úměrná koncentraci s difuzním koeficientem;
• rychlost změny v hustotě difuzního toku je přímo úměrná rychlosti změny koncentrace a má zpětný směr.

Difúze v kapalině je charakterizována skoky molekul z jedné rovnovážné polohy do druhé. Každý takový skok je pozorován, když je energie přenášena molekule v objemu dostatečném k přerušení spojení s jinými částicemi. Průměrná hodnota skok nepřesahuje vzdálenost mezi molekulami.

Když se domníváme, co je difúzí v kapalině, poznamenáváme, že proces závisí na teplotě. S jeho nárůstem se uvolňuje tekutá struktura, což vede k prudkému nárůstu počtu skoků za jednotku času.

Difúze v plynech, kapalinách a pevných látkách má některé charakteristické rysy. Například u pevných látek je mechanismus spojen s pohybem atomů uvnitř krystalové mřížky.

Vlastnosti tohoto jevu

Difúze v kapalině má praktický zájem vzhledem k tomu, že je doprovázena vyrovnáním koncentrace látky v původně nehomogenním prostředí. Z míst, kde je vysoká koncentrace částic, dochází mnohem více.

Experimenty

Experimenty s kapalinami prokázaly, že difúze je zvláště důležitá v chemické kinetice. V průběhu chemického procesu na povrchu reakčních složek nebo katalyzátoru tento proces pomáhá určit rychlost odstraňování reakčních produktů a přidání počátečních činidel.

Co vysvětluje difúzi v kapalinách? Molekuly rozpouštědla jsou schopny proniknout přes poloprůhledné membrány, což má za následek osmotický tlak. Tento jev našel uplatnění v chemických a fyzikálních metodách separace látek.

Biologické systémy

V tomto případě mohou být difuzní modely vzaty v úvahu příkladem příjmu vzduchu do plic, absorpcí střeva do krve trávicích produktů a absorpcí minerálních prvků kořenovými chloupky. Difúze iontů nastává při generování bioelektrických impulzů svalovými a nervovými buňkami.

Fyzikální faktor, který ovlivňuje selektivitu akumulace určitých buněk v buňkách organismu, je rozdílná rychlost pronikání iontů přes buněčné membrány. Tento proces lze vyjádřit Fickovým zákonem, nahrazením hodnoty difúzního koeficientu indexem permeability membrány a místo gradientu koncentrace použijte rozdíl hodnot na obou stranách membrány. Při průniku vody a plynů difúzí do buňky se osmotické indexy tlaku mění uvnitř a uvnitř buňky.

Při analýze toho, na čem závisí difúze, poznamenáváme, že několik typů tohoto procesu je odděleno. Jednoduchá forma je spojena s volným přenosem iontů a molekul směrem ke gradientu jejich elektrochemického potenciálu. Například podobná varianta je vhodná pro ty látky, ve kterých molekuly mají malé rozměry, například methylalkohol, vodu.

Omezená verze znamená slabý přenos hmoty. Například ani malé částice nemohou proniknout do buňky.

Stránky historie

Difúze byla objevena během rozkvětu starověké řecké kultury. Democritus a Anaxogoria byli přesvědčeni, že každá látka se skládá z atomů. Rozmanitost látek běžných v přírodě, které vysvětlují sloučeniny jednotlivých atomů. Předpokládali, že se tyto částice mohou mísit a tvoří nové látky. Mezi zakladateli molekulárně-kinetické teorie, která vysvětlila mechanismus šíření, hrála zvláštní role Michail Lomonosov. Dostal definici molekuly, atomu, vysvětlil mechanismus rozpouštění.

Experimenty

Experiment s cukrem umožňuje pochopit všechny vlastnosti difúze. Pokud je kousek cukru vložen do studeného čaje, na dně šálku se postupně vytvoří silný sirup. Je vidět pouhým okem. Po nějaké době bude sirup rovnoměrně rozložen v objemu kapaliny a přestane být viditelný. Tento proces probíhá spontánně a nezahrnuje smíchání složek roztoku. Podobně se vůně parfému šíří po celé místnosti.

Výše uvedené experimenty ukazují, že difúze je spontánní proces pronikání molekul jedné látky do druhé. Distribuce látky probíhá ve všech směrech navzdory přítomnosti gravitace. Takový proces je přímým potvrzením konstantního pohybu molekul hmoty.

Ve výše uvedeném příkladu se tedy provádí difúze molekul cukru a vody, která je doprovázena rovnoměrným rozdělením molekul organických látek v celém objemu kapaliny.

Experimenty umožňují rozpoznat difuzi nejen v kapalinách, ale také v plynných látkách. Můžete například na váhách nainstalovat kontejner s dvojicí éterů. Postupně se poháry dostanou do rovnováhy, pak sklo s éterem bude těžší. Jaký je důvod tohoto jevu?

Časem se éterické molekuly mísí s částicemi vzduchu a v místnosti se začíná cítit specifická vůně. V průběhu fyziky střední školy se zvažuje experiment, ve kterém učitel rozpustí zrno manganistan draselný ve vodě. Nejprve je vidět jasná trajektorie pohybu zrna, ale postupně se celé řešení stává rovnoměrným odstínem. Na základě experimentu učitel vysvětluje vlastnosti difúze.

K určení faktorů, které ovlivňují rychlost procesu v kapalinách, můžete použít vodu při různých teplotách. V horké kapalině je proces vzájemného míchání molekul pozorován mnohem rychleji, a proto existuje přímý vztah mezi hodnotou teploty a rychlostí difúze.

Závěr

Experimenty prováděné s plyny, kapalinami a pevné látky, dovolte nám formulovat zákony fyziky, stanovit vztah mezi jednotlivými veličinami.

Výsledkem experimentů bylo, že byl zaveden mechanismus pro vzájemné pronikání částic jedné látky do druhé, byla prokázána chaotická povaha jejich pohybu. Experimentálně bylo zjištěno, že difúze v plynných látkách probíhá nejrychleji. Tento proces má velký význam pro volně žijící živočichy, používá se ve vědě a technologiích.

Díky tomuto jevu je zachováno homogenní složení zemské atmosféry. Jinak by byla pozorována stratifikace troposféry na oddělené plynné látky a těžký oxid uhličitý, nevhodný pro dýchání, by byl nejblíže k povrchu naší planety. Co by to vedlo? Živá příroda prostě přestane existovat.

Role difúze v rostlinném světě je také skvělá. Svěží korunu stromů lze vysvětlit difúzí přes povrch listů. Výsledkem je nejen dýchání, ale také krmení stromu. V současné době se v zemědělství aplikuje listová vrstva křovin a stromů, která zahrnuje stříkání koruny se speciálními chemickými sloučeninami.

Během difúze rostlina získává živiny z půdy. Fyzikální procesy vyskytující se v živých organizmech jsou také spojeny s tímto jevem. Například rovnováha soli není možná bez difúze. Takové procesy hrají obrovskou roli v dodávkách kyslíku do jezer a řek. Plyn plyne do hloubky nádrže přesně difúzí. Pokud by takový proces chyběl, život uvnitř nádrže by přestal existovat.

Příjem léků, které umožňují osobě chránit se před patogeny různých onemocnění a zlepšovat jejich pohodu, je také založen na difúzi. Tento fenomén se používá při svařování kovů, získávání cukrové šťávy z řepných čipů, přípravu cukrářských výrobků. Je obtížné najít takové odvětví moderní průmyslové, kdekoli se uplatňuje difúze.