Comencem pel fet que el líquid és un estat d'agregació intermedi. En el punt crític d'ebullició és semblant als gasos, i a baixes temperatures apareixen característiques semblants a un sòlid. Un líquid no té un model ideal, cosa que complica significativament la descripció de les seves propietats termodinàmiques d'equilibri, punt de congelació, viscositat, difusió, conductivitat tèrmica, tensió superficial, entropia, entalpia.
Definició
Què és la difusió? Es tracta de la propagació, distribució, moviment de partícules del medi, que condueix a la transferència de matèria, a l'establiment de concentracions d'equilibri. En absència d'influències externes, aquest procés ve determinat pel moviment tèrmic de les partícules. En aquest cas, el procés de difusió és directament proporcional a la concentració. El flux de difusió canviarà de manera similar al gradient de concentració.
Varietats
Si la difusió en un líquid es produeix amb un canvi de temperatura, s'anomena difusió tèrmica, en un camp elèctric - electrodifusió.
El procés de moviment de partícules grans en un líquid o gas té lloc sotalleis del moviment brownià.
Característiques del flux
La difusió en gasos, líquids i sòlids es produeix a diferents velocitats. A causa de les diferències en la naturalesa del moviment tèrmic de les partícules en diferents medis, el procés té la velocitat màxima en gasos i la velocitat mínima - en sòlids.
La trajectòria de la partícula és una línia trencada, ja que la direcció i la velocitat canvien periòdicament. A causa del moviment desordenat, s'observa una eliminació gradual de la partícula de la seva posició original. El seu desplaçament al llarg d'una línia recta és molt més curt que el camí que té lloc per un camí trencat.
La llei de Fick
La difusió en un líquid obeeix dues lleis de Fick:
- La densitat de flux de difusió és directament proporcional a la concentració amb coeficient de difusió;
- La velocitat de canvi en la densitat de flux de difusió és directament proporcional a la velocitat de canvi de concentració i té la direcció oposada.
La difusió en un líquid es caracteritza per s alts de molècules d'una posició d'equilibri a una altra. Cada s alt d'aquest tipus s'observa quan s'imparteix energia a la molècula en un volum suficient per trencar l'enllaç amb altres partícules. El s alt mitjà no supera la distància entre molècules.
Quan parlem de què és la difusió en un líquid, observem que el procés depèn de la temperatura. Amb el seu augment, es produeix un "afluixament" de l'estructura líquida, com a resultat de la qual cosa hi ha un fort augment deel nombre de s alts per unitat de temps.
La difusió en gasos, líquids i sòlids té algunes característiques distintives. Per exemple, en els sòlids, el mecanisme s'associa amb el moviment dels àtoms dins de la xarxa cristal·lina.
Característiques del fenomen
La difusió en un líquid té un interès pràctic pel fet que va acompanyada de l'equiparació de la concentració d'una substància en un medi inicialment no homogeni. Molt més partícules escapen de les zones amb una concentració elevada.
experiments
Els experiments amb líquids han demostrat que la difusió té una importància especial en la cinètica química. Durant el curs d'un procés químic a la superfície dels reactius o d'un catalitzador, aquest procés contribueix a la determinació de la velocitat d'eliminació dels productes de reacció i l'addició de reactius inicials.
Què explica la difusió en líquids? Les molècules de dissolvent són capaços de penetrar a través de membranes translúcides, donant lloc a una pressió osmòtica. Aquest fenomen ha trobat aplicació en mètodes químics i físics per a la separació de substàncies.
Sistemes biològics
En aquest cas, es poden considerar models de difusió en l'exemple de l'entrada d'oxigen de l'aire als pulmons, l'absorció de productes digestius de l'intestí a la sang, l'absorció d'elements minerals pels pèls de l'arrel. La difusió d'ions es produeix durant la generació d'impulsos bioelèctrics per part de les cèl·lules musculars i nervioses.
Factor físic que afectala selectivitat de l'acumulació a les cèl·lules del cos de determinats elements, és la diferent velocitat de penetració dels ions a través de les membranes cel·lulars. Aquest procés es pot expressar mitjançant la llei de Fick, substituint el valor del coeficient de difusió per la permeabilitat de la membrana, i en comptes del gradient de concentració, utilitzar la diferència de valors a banda i banda de la membrana. Amb la penetració de difusió d'aigua i gasos a la cèl·lula, els indicadors de pressió osmòtica a l'exterior i a l'interior de la cèl·lula canvien.
Analitzant de què depèn la difusió, observem que hi ha diversos tipus d'aquest procés. La forma simple s'associa amb la transferència lliure d'ions i molècules cap al gradient del seu potencial electroquímic. Per exemple, aquesta opció és adequada per a aquelles substàncies en què les molècules són de mida petita, per exemple, alcohol metílic, aigua.
La variant limitada suposa una transferència feble de matèria. Per exemple, fins i tot les partícules petites no poden penetrar a una cèl·lula.
Pàgines d'història
La
La difusió es va descobrir durant l'època de màxima esplendor de la cultura grega antiga. Demòcrit i Anaxògores estaven convençuts que qualsevol substància consta d'àtoms. Van explicar la varietat de substàncies comunes a la natura per les connexions entre àtoms individuals. Van suposar que aquestes partícules es podrien barrejar per formar noves substàncies. Entre els fundadors de la teoria cinètica molecular, que va explicar el mecanisme de difusió, Mikhail Lomonosov va tenir un paper especial. Van donar una definició a una molècula, un àtom, i van explicar el mecanisme de dissolució.
experiments
L'experiència amb el sucre et permet entendre totes les característiques de la difusió. Si poseu un tros de sucre al te fred, a poc a poc es formarà un xarop gruixut al fons de la tassa. És visible a ull nu. Després d'un temps, el xarop es distribuirà uniformement per tot el volum del líquid i ja no serà visible. Aquest procés es desenvolupa de manera espontània i no implica barrejar els components de la solució. De la mateixa manera, la fragància del perfum s'escampa per tota l'habitació.
Els experiments anteriors mostren que la difusió és un procés espontani de penetració de molècules d'una substància en una altra. La propagació de la matèria es produeix en totes direccions, malgrat la presència de la gravetat. Aquest procés és una confirmació directa del moviment constant de les molècules de la matèria.
Així, en l'exemple anterior, es realitza la difusió de molècules de sucre i aigua, que s'acompanya d'una distribució uniforme de les molècules de matèria orgànica per tot el volum del líquid.
Els experiments permeten detectar la difusió no només en líquids, sinó també en substàncies gasoses. Per exemple, podeu instal·lar un recipient amb vapor d'èter a la balança. A poc a poc, les tasses aniran equilibrant-se, després el got d'èter serà més pesat. Quina és la raó d'aquest fenomen?
Amb el temps, les molècules d'èter es barregen amb les partícules d'aire i es comença a sentir una olor específica a l'habitació. En un curs de física de secundària, es considera un experiment en què un professor dissol un gra de permanganat de potassi (permanganat de potassi) en aigua. Al principi, és visible una clara trajectòria del moviment del gra,però a poc a poc tota la solució adquireix un to uniforme. A partir de l'experiment, el professor explica les característiques de la difusió.
Per identificar factors que afecten la velocitat del procés en líquids, podeu utilitzar aigua de diferents temperatures. En un líquid calent, el procés de mescla mútua de molècules s'observa molt més ràpid, per tant, hi ha una relació directa entre el valor de la temperatura i la velocitat de difusió.
Conclusió
Els experiments realitzats amb gasos, líquids i sòlids permeten formular les lleis de la física, establir la relació entre magnituds individuals.
Va ser com a resultat dels experiments que es va establir el mecanisme de penetració mútua de partícules d'una substància en una altra, es va demostrar la naturalesa caòtica del seu moviment. Empíricament, es va trobar que la difusió es produeix més ràpidament en les substàncies gasoses. Aquest procés és de gran importància per a la vida salvatge, s'utilitza en ciència i tecnologia.
Gràcies a aquest fenomen es manté la composició homogènia de l'atmosfera terrestre. En cas contrari, s'observaria l'estratificació de la troposfera en substàncies gasoses separades, i el diòxid de carboni pesat, inadequat per a la respiració, seria el més proper a la superfície del nostre planeta. A què portaria? La vida salvatge simplement deixaria d'existir.
El paper de la difusió en el món vegetal també és fantàstic. La copa exuberant dels arbres es pot explicar per l'intercanvi de difusió a través de la superfície de les fulles. Com a resultat, no només es respira, sinó també la nutrició de l'arbre. Actualment a l'agriculturas'utilitza l'alimentació foliar d'arbusts i arbres, que consisteix a ruixar la capçada amb compostos químics especials.
És durant la difusió quan la planta rep nutrients del sòl. Els processos fisiològics que ocorren en els organismes vius també estan associats amb aquest fenomen. Per exemple, l'equilibri de la sal és impossible sense difusió. Aquests processos són de gran importància en el subministrament d'oxigen als llacs i rius. El gas entra a les profunditats del dipòsit precisament per difusió. Si no hi hagués aquest procés, la vida dins del dipòsit deixaria d'existir.
La ingesta de fàrmacs que permeten a una persona protegir-se dels patògens de diverses mal alties i millorar el benestar també es basa en la difusió. Aquest fenomen s'utilitza en la soldadura de metalls, la producció de suc de sucre a partir de xips de remolatxa i la preparació de pastisseria. És difícil trobar una branca d'aquesta indústria moderna on no s'utilitzi la difusió.
