Le të fillojmë me faktin se lëngu është një gjendje e ndërmjetme grumbullimi. Në pikën kritike të vlimit, është e ngjashme me gazrat, dhe në temperatura të ulëta, shfaqen karakteristika të ngjashme me një të ngurtë. Një lëng nuk ka një model ideal, gjë që e ndërlikon ndjeshëm përshkrimin e vetive termodinamike të ekuilibrit, pikës së ngrirjes, viskozitetit, difuzionit, përçueshmërisë termike, tensionit sipërfaqësor, entropisë, entalpisë.
Përkufizim
Çfarë është difuzioni? Kjo është përhapja, shpërndarja, lëvizja e grimcave të mediumit, e cila çon në transferimin e materies, vendosjen e përqendrimeve të ekuilibrit. Në mungesë të ndikimeve të jashtme, ky proces përcaktohet nga lëvizja termike e grimcave. Në këtë rast, procesi i difuzionit është drejtpërdrejt proporcional me përqendrimin. Fluksi i difuzionit do të ndryshojë në mënyrë të ngjashme me gradientin e përqendrimit.
Variantet
Nëse difuzioni në një lëng vazhdon me një ndryshim të temperaturës, ai quhet difuzion termik, në një fushë elektrike - elektrodifuzion.
Procesi i lëvizjes së grimcave të mëdha në një lëng ose gaz ndodh nënligjet e lëvizjes Brownian.
Veçoritë e rrjedhës
Difuzioni në gaze, lëngje dhe trupa të ngurtë vazhdon me shpejtësi të ndryshme. Për shkak të dallimeve në natyrën e lëvizjes termike të grimcave në media të ndryshme, procesi ka shpejtësinë maksimale në gaze dhe shpejtësinë minimale - në trupat e ngurtë.
Trajektorja e grimcës është një vijë e thyer, pasi drejtimi dhe shpejtësia ndryshojnë periodikisht. Për shkak të lëvizjes së çrregullt, vërehet një largim gradual i grimcës nga pozicioni i saj origjinal. Zhvendosja e saj përgjatë një vije të drejtë është shumë më e shkurtër se shtegu që zhvillohet përgjatë një shtegu të thyer.
Ligji i Fikut
Difuzioni në një lëng i bindet dy ligjeve të Fick-ut:
- dendësia e fluksit të difuzionit është drejtpërdrejt proporcionale me përqendrimin me koeficientin e difuzionit;
- Shpejtësia e ndryshimit në densitetin e fluksit të difuzionit është drejtpërdrejt proporcionale me shkallën e ndryshimit të përqendrimit dhe ka drejtim të kundërt.
Difuzioni në një lëng karakterizohet nga kërcimet e molekulave nga një pozicion ekuilibri në tjetrin. Çdo kërcim i tillë vërehet kur energjia i jepet molekulës në një vëllim të mjaftueshëm për të thyer lidhjen me grimcat e tjera. Kërcimi mesatar nuk e kalon distancën ndërmjet molekulave.
Kur diskutojmë se çfarë është difuzioni në një lëng, vërejmë se procesi varet nga temperatura. Me rritjen e tij, ndodh "lirimi" i strukturës së lëngshme, si rezultat i së cilës ka një rritje të mprehtë tënumri i kërcimeve për njësi të kohës.
Difuzioni në gaze, lëngje dhe lëndë të ngurta ka disa karakteristika dalluese. Për shembull, në trupat e ngurtë, mekanizmi lidhet me lëvizjen e atomeve brenda rrjetës kristalore.
Veçoritë e fenomenit
Difuzioni në një lëng është me interes praktik për faktin se shoqërohet me barazimin e përqendrimit të një lënde në një mjedis fillimisht johomogjen. Në mënyrë të konsiderueshme më shumë grimca ikin nga zonat me përqendrim të lartë.
Eksperimente
Eksperimentet me lëngje kanë treguar se difuzioni ka një rëndësi të veçantë në kinetikën kimike. Gjatë rrjedhës së një procesi kimik në sipërfaqen e reaktantëve ose të një katalizatori, ky proces kontribuon në përcaktimin e shkallës së largimit të produkteve të reaksionit dhe shtimin e reagentëve fillestarë.
Çfarë e shpjegon difuzionin në lëngje? Molekulat e tretësit janë në gjendje të depërtojnë përmes membranave të tejdukshme, duke rezultuar në një presion osmotik. Ky fenomen ka gjetur aplikim në metodat kimike dhe fizike për ndarjen e substancave.
Sistemet biologjike
Në këtë rast, modelet e difuzionit mund të konsiderohen në shembullin e oksigjenit të ajrit që hyn në mushkëri, thithjen e produkteve të tretjes nga zorrët në gjak, thithjen e elementeve minerale nga qimet e rrënjës. Difuzioni i joneve ndodh gjatë gjenerimit të impulseve bioelektrike nga qelizat muskulore dhe nervore.
Faktori fizik që ndikonselektiviteti i akumulimit në qelizat e trupit të disa elementeve, është shpejtësia e ndryshme e depërtimit të joneve nëpër membranat qelizore. Ky proces mund të shprehet me ligjin e Fick-ut, duke zëvendësuar vlerën e koeficientit të difuzionit me përshkueshmërinë e membranës dhe në vend të gradientit të përqendrimit, përdorni ndryshimin e vlerave në të dy anët e membranës. Me depërtimin e difuzionit të ujit dhe gazeve në qelizë, treguesit e presionit osmotik jashtë dhe brenda qelizës ndryshojnë.
Duke analizuar se nga çfarë varet difuzioni, vërejmë se ekzistojnë disa lloje të këtij procesi. Forma e thjeshtë shoqërohet me transferimin e lirë të joneve dhe molekulave drejt gradientit të potencialit të tyre elektrokimik. Për shembull, ky opsion është i përshtatshëm për ato substanca në të cilat molekulat janë me përmasa të vogla, për shembull, alkool metil, ujë.
Varianti i kufizuar supozon një transferim të dobët të materies. Për shembull, edhe grimcat e vogla nuk mund të depërtojnë në një qelizë.
Faqet e historisë
Difuzioni u zbulua gjatë kulmit të kulturës antike greke. Demokriti dhe Anaxogora ishin të bindur se çdo substancë përbëhet nga atome. Ata shpjeguan shumëllojshmërinë e substancave të zakonshme në natyrë nga lidhjet midis atomeve individuale. Ata supozuan se këto grimca mund të përzihen për të formuar substanca të reja. Ndër themeluesit e teorisë molekulare-kinetike, e cila shpjegoi mekanizmin e difuzionit, Mikhail Lomonosov luajti një rol të veçantë. Ata dhanë një përkufizim për një molekulë, një atom dhe shpjeguan mekanizmin e shpërbërjes.
Eksperimente
Përvoja me sheqerin ju lejon të kuptoni të gjitha tiparet e difuzionit. Nëse vendosni një copë sheqer në çaj të ftohtë, një shurup i trashë do të formohet gradualisht në fund të filxhanit. Është e dukshme me sy të lirë. Pas ca kohësh, shurupi do të shpërndahet në mënyrë të barabartë në të gjithë vëllimin e lëngut dhe nuk do të jetë më i dukshëm. Ky proces vazhdon në mënyrë spontane dhe nuk përfshin përzierjen e përbërësve të tretësirës. Në mënyrë të ngjashme, aroma e parfumit përhapet në të gjithë dhomën.
Eksperimentet e mësipërme tregojnë se difuzioni është një proces spontan i depërtimit të molekulave të një lënde në një tjetër. Përhapja e materies ndodh në të gjitha drejtimet, pavarësisht nga prania e gravitetit. Një proces i tillë është një konfirmim i drejtpërdrejtë i lëvizjes së vazhdueshme të molekulave të materies.
Kështu, në shembullin e mësipërm, kryhet difuzioni i molekulave të sheqerit dhe ujit, i cili shoqërohet me një shpërndarje uniforme të molekulave të lëndës organike në të gjithë vëllimin e lëngut.
Eksperimentet bëjnë të mundur zbulimin e difuzionit jo vetëm në lëngje, por edhe në substanca të gazta. Për shembull, mund të instaloni një enë me avull eter në peshore. Gradualisht, kupat do të vijnë në ekuilibër, atëherë gota e eterit do të jetë më e rëndë. Cila është arsyeja e këtij fenomeni?
Me kalimin e kohës, molekulat e eterit përzihen me grimcat e ajrit dhe një erë specifike fillon të ndihet në dhomë. Në një kurs të fizikës së shkollës së mesme, konsiderohet një eksperiment në të cilin një mësues shpërndan një kokërr permanganat kaliumi (permanganat kaliumi) në ujë. Në fillim, një trajektore e qartë e lëvizjes së kokrrizave është e dukshme,por gradualisht e gjithë zgjidhja merr një hije uniforme. Bazuar në eksperiment, mësuesi shpjegon veçoritë e difuzionit.
Për të identifikuar faktorët që ndikojnë në shpejtësinë e procesit në lëngje, mund të përdorni ujë me temperatura të ndryshme. Në një lëng të nxehtë, procesi i përzierjes së ndërsjellë të molekulave vërehet shumë më shpejt, prandaj ekziston një lidhje e drejtpërdrejtë midis vlerës së temperaturës dhe shkallës së difuzionit.
Përfundim
Eksperimentet e kryera me gaze, lëngje dhe lëndë të ngurta bëjnë të mundur formulimin e ligjeve të fizikës, vendosjen e marrëdhënieve midis sasive individuale.
Ishte si rezultat i eksperimenteve që u vendos mekanizmi i depërtimit të ndërsjellë të grimcave të një lënde në një tjetër, u vërtetua natyra kaotike e lëvizjes së tyre. Në mënyrë empirike, u zbulua se difuzioni ndodh më shpejt në substancat e gazta. Ky proces ka një rëndësi të madhe për jetën e egër, përdoret në shkencë dhe teknologji.
Falë këtij fenomeni, përbërja homogjene e atmosferës së tokës ruhet. Përndryshe, do të vërehej shtresimi i troposferës në substanca të veçanta të gazta dhe dioksidi i rëndë i karbonit, i papërshtatshëm për frymëmarrje, do të ishte më afër sipërfaqes së planetit tonë. Në çfarë do të çonte? Jeta e egër thjesht do të pushonte së ekzistuari.
Roli i difuzionit në botën e bimëve është gjithashtu i madh. Kurora e harlisur e pemëve mund të shpjegohet me shkëmbimin e difuzionit përmes sipërfaqes së gjetheve. Si rezultat, kryhet jo vetëm frymëmarrja, por edhe ushqimi i pemës. Aktualisht në bujqësiPërdoret ushqimi me gjethe i shkurreve dhe i pemëve, i cili përfshin spërkatjen e kurorës me përbërje kimike të veçanta.
Është gjatë difuzionit që bima merr lëndë ushqyese nga toka. Me këtë fenomen shoqërohen edhe proceset fiziologjike që ndodhin në organizmat e gjallë. Për shembull, ekuilibri i kripës është i pamundur pa difuzion. Procese të tilla kanë një rëndësi të madhe për furnizimin me oksigjen të liqeneve dhe lumenjve. Gazi hyn në thellësi të rezervuarit pikërisht me anë të difuzionit. Nëse një proces i tillë do të mungonte, jeta brenda rezervuarit do të pushonte së ekzistuari.
Marrja e barnave që lejojnë një person të mbrohet nga patogjenët e sëmundjeve të ndryshme dhe të përmirësojë mirëqenien bazohet gjithashtu në difuzion. Ky fenomen përdoret në saldimin e metaleve, prodhimin e lëngut të sheqerit nga patatinat e panxharit dhe në përgatitjen e ëmbëlsirave. Është e vështirë të gjesh një degë të tillë të industrisë moderne ku nuk përdoret difuzioni.
