Počnimo s činjenicom da je tekućina srednje agregacijsko stanje. Na kritičnom vrelištu sličan je plinovima, a pri niskim temperaturama pojavljuju se karakteristike slične krutini. Tekućina nema idealan model, što značajno komplicira opis njezinih ravnotežnih termodinamičkih svojstava, točke smrzavanja, viskoznosti, difuzije, toplinske vodljivosti, površinske napetosti, entropije, entalpije.
Definicija
Što je difuzija? To je širenje, raspodjela, kretanje čestica medija, što dovodi do prijenosa tvari, uspostavljanja ravnotežnih koncentracija. U nedostatku vanjskih utjecaja, ovaj proces je određen toplinskim gibanjem čestica. U ovom slučaju, proces difuzije je izravno proporcionalan koncentraciji. Difuzijski tok će se promijeniti slično gradijentu koncentracije.
Varieties
Ako se difuzija u tekućini odvija s promjenom temperature, to se naziva toplinska difuzija, u električnom polju - elektrodifuzija.
Proces kretanja velikih čestica u tekućini ili plinu događa se podzakoni Brownovog gibanja.
Značajke protoka
Difuzija u plinovima, tekućinama i krutim tvarima odvija se različitim brzinama. Zbog razlika u prirodi toplinskog kretanja čestica u različitim medijima, proces ima maksimalnu brzinu u plinovima, a minimalnu - u krutim tvarima.
Putanja čestice je izlomljena linija, budući da se smjer i brzina povremeno mijenjaju. Zbog nesređenog gibanja opaža se postupno uklanjanje čestice iz prvobitnog položaja. Njegov pomak duž ravne je mnogo kraći od puta koji se odvija duž slomljenog puta.
Fickov zakon
Difuzija u tekućini poštuje dva Fickova zakona:
- gustoća difuzijskog toka izravno je proporcionalna koncentraciji s koeficijentom difuzije;
- Brzina promjene gustoće difuzijskog toka izravno je proporcionalna brzini promjene koncentracije i ima suprotan smjer.
Difuziju u tekućini karakteriziraju skokovi molekula iz jednog ravnotežnog položaja u drugi. Svaki takav skok se opaža kada se energija prenese na molekulu u volumenu dovoljnom da prekine vezu s drugim česticama. Prosječni skok ne prelazi udaljenost između molekula.
Kada raspravljamo o tome što je difuzija u tekućini, napominjemo da proces ovisi o temperaturi. S njegovim povećanjem dolazi do "olabavljenja" tekuće strukture, zbog čega dolazi do naglog povećanjabroj skokova po jedinici vremena.
Difuzija u plinovima, tekućinama i čvrstim tvarima ima neke karakteristične karakteristike. Na primjer, u čvrstim tvarima, mehanizam je povezan s kretanjem atoma unutar kristalne rešetke.
Obilježja fenomena
Difuzija u tekućini je od praktičnog interesa zbog činjenice da je popraćena izjednačavanjem koncentracije tvari u početno nehomogenom mediju. Značajno više čestica izlazi iz područja s visokom koncentracijom.
Eksperimenti
Pokusi s tekućinama pokazali su da je difuzija od posebne važnosti u kemijskoj kinetici. Tijekom kemijskog procesa na površini reaktanata ili katalizatora, ovaj proces doprinosi određivanju brzine uklanjanja produkta reakcije i dodavanja početnih reagensa.
Što objašnjava difuziju u tekućinama? Molekule otapala mogu prodrijeti kroz prozirne membrane, što rezultira osmotskim tlakom. Ovaj je fenomen našao primjenu u kemijskim i fizikalnim metodama za odvajanje tvari.
Biološki sustavi
U ovom slučaju se difuzijski modeli mogu razmatrati na primjeru ulaska kisika zraka u pluća, apsorpcije probavnih produkata iz crijeva u krv, apsorpcije mineralnih elemenata korijenskim dlačicama. Difuzija iona događa se tijekom generiranja bioelektričnih impulsa od strane mišićnih i živčanih stanica.
Fizički faktor koji utječeselektivnost nakupljanja u stanicama tijela određenih elemenata, je različita brzina prodiranja iona kroz stanične membrane. Taj se proces može izraziti Fickovim zakonom, zamjenjujući vrijednost koeficijenta difuzije propusnošću membrane, a umjesto gradijenta koncentracije koristiti razliku vrijednosti s obje strane membrane. Difuzijskim prodiranjem vode i plinova u stanicu mijenjaju se indikatori osmotskog tlaka izvan i unutar stanice.
Analizirajući o čemu ovisi difuzija, napominjemo da postoji nekoliko vrsta ovog procesa. Jednostavan oblik povezan je sa slobodnim prijenosom iona i molekula prema gradijentu njihovog elektrokemijskog potencijala. Na primjer, ova opcija je prikladna za one tvari u kojima su molekule male veličine, na primjer, metilni alkohol, voda.
Ograničena varijanta pretpostavlja slab prijenos materije. Na primjer, čak i male čestice ne mogu prodrijeti u ćeliju.
Povijesne stranice
Difuzija je otkrivena tijekom procvata starogrčke kulture. Demokrit i Anaksogora bili su uvjereni da se svaka tvar sastoji od atoma. Različitost tvari uobičajenih u prirodi objasnili su vezama između pojedinih atoma. Pretpostavljali su da se te čestice mogu miješati i tvoriti nove tvari. Među utemeljiteljima molekularno-kinetičke teorije, koja je objasnila mehanizam difuzije, posebnu ulogu imao je Mihail Lomonosov. Dali su definiciju molekuli, atomu i objasnili mehanizam rastvaranja.
Eksperimenti
Iskustvo sa šećerom omogućuje vam razumijevanje svih značajki difuzije. Stavite li komad šećera u hladan čaj, na dnu šalice će se postupno stvoriti gusti sirup. To je vidljivo golim okom. Nakon nekog vremena, sirup će se ravnomjerno rasporediti po volumenu tekućine i više neće biti vidljiv. Ovaj proces se odvija spontano i ne uključuje miješanje komponenti otopine. Slično, miris parfema širi se prostorijom.
Navedeni eksperimenti pokazuju da je difuzija spontani proces prodiranja molekula jedne tvari u drugu. Širenje materije događa se u svim smjerovima, unatoč prisutnosti gravitacije. Takav je proces izravna potvrda stalnog kretanja molekula materije.
Tako se u gornjem primjeru provodi difuzija molekula šećera i vode, što je popraćeno jednolikom raspodjelom molekula organske tvari po volumenu tekućine.
Pokusi omogućuju otkrivanje difuzije ne samo u tekućinama, već iu plinovitim tvarima. Na primjer, na vagu možete ugraditi posudu s eterskom parom. Postupno će čaše doći u ravnotežu, tada će čaša etera biti teža. Koji je razlog za ovaj fenomen?
S vremenom se molekule etera miješaju s česticama zraka i u prostoriji se počinje osjećati specifičan miris. U srednjoškolskom kolegiju fizike razmatra se pokus u kojem nastavnik otapa zrno kalijevog permanganata (kalijevog permanganata) u vodi. Isprva je vidljiva jasna putanja kretanja zrna,ali postupno cijela otopina poprima jednoliku nijansu. Na temelju eksperimenta učitelj objašnjava značajke difuzije.
Da biste identificirali čimbenike koji utječu na brzinu procesa u tekućinama, možete koristiti vodu različitih temperatura. U vrućoj tekućini proces međusobnog miješanja molekula se opaža mnogo brže, stoga postoji izravna veza između vrijednosti temperature i brzine difuzije.
Zaključak
Pokusi provedeni s plinovima, tekućinama i čvrstim tvarima omogućuju formuliranje zakona fizike, uspostavljanje odnosa između pojedinačnih veličina.
Kao rezultat eksperimenata ustanovljen je mehanizam međusobnog prodiranja čestica jedne tvari u drugu, dokazana je kaotičnost njihovog kretanja. Empirijski je utvrđeno da se difuzija najbrže odvija u plinovitim tvarima. Ovaj proces je od velike važnosti za divlje životinje, koristi se u znanosti i tehnologiji.
Zahvaljujući ovom fenomenu održava se homogeni sastav zemljine atmosfere. Inače bi se uočilo raslojavanje troposfere na zasebne plinovite tvari, a teški ugljični dioksid, neprikladan za disanje, bio bi najbliži površini našeg planeta. Do čega bi to dovelo? Divlji svijet bi jednostavno prestao postojati.
Uloga difuzije u biljnom svijetu također je velika. Bujna krošnja drveća može se objasniti razmjenom difuzije kroz površinu lišća. Kao rezultat toga, ne provodi se samo disanje, već i prehrana stabla. Trenutno u poljoprivredikoristi se folijarna prihrana grmova i drveća koja uključuje prskanje krošnje posebnim kemijskim spojevima.
Tijekom difuzije biljka prima hranjive tvari iz tla. Fiziološki procesi koji se odvijaju u živim organizmima također su povezani s ovim fenomenom. Na primjer, ravnoteža soli je nemoguća bez difuzije. Takvi procesi su od velike važnosti za opskrbu jezera i rijeka kisikom. Plin ulazi u dubinu ležišta upravo difuzijom. Kada bi takav proces izostao, život unutar rezervoara prestao bi postojati.
Unos lijekova koji omogućuju osobi da se zaštiti od uzročnika raznih bolesti i poboljša dobrobit također se temelji na difuziji. Ovaj fenomen se koristi u zavarivanju metala, proizvodnji šećernog soka od čipsa od repe i pripremi slastica. Teško je pronaći takvu granu moderne industrije u kojoj se ne koristi difuzija.
