Beginnen wir damit, dass die Flüssigkeit ein Zwischenzustand der Aggregation ist. Am kritischen Siedepunkt verhält es sich ähnlich wie bei Gasen, und bei niedrigen Temperaturen treten Eigenschaften ähnlich einem Feststoff auf. Eine Flüssigkeit hat kein ideales Modell, was die Beschreibung ihrer thermodynamischen Gleichgewichtseigenschaften, Gefrierpunkt, Viskosität, Diffusion, Wärmeleitfähigkeit, Oberflächenspannung, Entropie, Enthalpie, erheblich erschwert.
Definition
Was ist Diffusion? Dies ist die Ausbreitung, Verteilung und Bewegung von Partikeln des Mediums, die zur Übertragung von Stoffen und zur Einstellung von Gleichgewichtskonzentrationen führt. Ohne äußere Einflüsse wird dieser Vorgang durch die thermische Bewegung der Partikel bestimmt. In diesem Fall ist der Diffusionsprozess direkt proportional zur Konzentration. Der Diffusionsfluss ändert sich ähnlich wie der Konzentrationsgradient.
Sorten
Wenn die Diffusion in einer Flüssigkeit bei einer Temperaturänderung abläuft, spricht man von Thermodiffusion, in einem elektrischen Feld - Elektrodiffusion.
Der Prozess der Bewegung großer Partikel in einer Flüssigkeit oder einem Gas findet unter stattGesetze der Brownschen Bewegung.
Flussmerkmale
Die Diffusion in Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen verläuft unterschiedlich schnell. Aufgrund von Unterschieden in der Art der thermischen Bewegung von Partikeln in verschiedenen Medien hat der Prozess die maximale Geschwindigkeit in Gasen und die minimale Geschwindigkeit - in Feststoffen.
Die Flugbahn des Teilchens ist eine gestrichelte Linie, da sich Richtung und Geschwindigkeit periodisch ändern. Aufgrund der ungeordneten Bewegung wird eine allmähliche Entfernung des Partikels von seiner ursprünglichen Position beobachtet. Seine Verschiebung entlang einer geraden Linie ist viel kürzer als der Weg, der entlang eines unterbrochenen Weges stattfindet.
Ficks Gesetz
Diffusion in einer Flüssigkeit gehorcht zwei Fickschen Gesetzen:
- Diffusionsflussdichte ist direkt proportional zur Konzentration mit dem Diffusionskoeffizienten;
- Die Änderungsgeschwindigkeit der Diffusionsflussdichte ist direkt proportional zur Änderungsgeschwindigkeit der Konzentration und hat die entgegengesetzte Richtung.
Diffusion in einer Flüssigkeit ist gekennzeichnet durch Sprünge von Molekülen von einer Gleichgewichtslage in eine andere. Jeder dieser Sprünge wird beobachtet, wenn dem Molekül Energie in einem Volumen zugeführt wird, das ausreicht, um die Bindung mit anderen Partikeln aufzubrechen. Der durchschnittliche Sprung überschreitet nicht den Abstand zwischen Molekülen.
Wenn wir diskutieren, was Diffusion in einer Flüssigkeit ist, stellen wir fest, dass der Prozess von der Temperatur abhängt. Mit seiner Zunahme kommt es zu einer „Auflockerung“der Flüssigkeitsstruktur, wodurch es zu einem starken Anstieg kommtdie Anzahl der Sprünge pro Zeiteinheit.
Die Diffusion in Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen hat einige charakteristische Merkmale. In Festkörpern ist der Mechanismus beispielsweise mit der Bewegung von Atomen innerhalb des Kristallgitters verbunden.
Merkmale des Phänomens
Die Diffusion in einer Flüssigkeit ist von praktischem Interesse, da sie mit einem Konzentrationsausgleich eines Stoffes in einem zunächst inhomogenen Medium einhergeht. Aus Bereichen mit hoher Konzentration treten deutlich mehr Partikel aus.
Experimente
Experimente mit Flüssigkeiten haben gezeigt, dass die Diffusion in der chemischen Kinetik von besonderer Bedeutung ist. Während eines chemischen Prozesses auf der Oberfläche von Reaktanten oder eines Katalysators trägt dieser Prozess zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Entfernung von Reaktionsprodukten und der Zugabe von anfänglichen Reagenzien bei.
Was erklärt die Diffusion in Flüssigkeiten? Lösungsmittelmoleküle können durchscheinende Membranen durchdringen, was zu einem osmotischen Druck führt. Dieses Phänomen hat in chemischen und physikalischen Verfahren zur Stofftrennung Anwendung gefunden.
Biologische Systeme
In diesem Fall können Diffusionsmodelle am Beispiel des Eintritts von Luftsauerstoff in die Lunge, der Aufnahme von Verdauungsprodukten aus dem Darm ins Blut und der Aufnahme von Mineralstoffen durch Wurzelhaare betrachtet werden. Die Diffusion von Ionen erfolgt während der Erzeugung bioelektrischer Impulse durch Muskel- und Nervenzellen.
Physischer Faktor, der beeinflusstDie Selektivität der Akkumulation bestimmter Elemente in den Körperzellen ist die unterschiedliche Penetrationsgeschwindigkeit von Ionen durch die Zellmembranen. Dieser Prozess kann durch das Ficksche Gesetz ausgedrückt werden, indem der Wert des Diffusionskoeffizienten durch die Membrandurchlässigkeit ersetzt wird und anstelle des Konzentrationsgradienten die Differenz der Werte auf beiden Seiten der Membran verwendet wird. Mit dem Diffusionseindringen von Wasser und Gasen in die Zelle verändern sich die osmotischen Druckindikatoren außerhalb und innerhalb der Zelle.
Wenn wir analysieren, wovon die Diffusion abhängt, stellen wir fest, dass es mehrere Arten dieses Prozesses gibt. Die einfache Form ist mit der freien Übertragung von Ionen und Molekülen zum Gradienten ihres elektrochemischen Potentials verbunden. Diese Option eignet sich beispielsweise für Substanzen, bei denen die Moleküle klein sind, z. B. Methylalkohol, Wasser.
Eingeschränkte Variante geht von einer schwachen Materieübertragung aus. Beispielsweise können selbst kleine Partikel nicht in eine Zelle eindringen.
Verlaufsseiten
Diffusion wurde während der Blütezeit der antiken griechischen Kultur entdeckt. Demokrit und Anaxogoras waren davon überzeugt, dass jede Substanz aus Atomen besteht. Sie erklärten die Vielf alt der in der Natur vorkommenden Stoffe durch die Verbindungen zwischen einzelnen Atomen. Sie gingen davon aus, dass sich diese Partikel zu neuen Stoffen vermischen könnten. Unter den Begründern der molekularkinetischen Theorie, die den Diffusionsmechanismus erklärte, spielte Mikhail Lomonosov eine besondere Rolle. Sie gaben einem Molekül, einem Atom, eine Definition und erklärten den Auflösungsmechanismus.
Experimente
Die Erfahrung mit Zucker ermöglicht es Ihnen, alle Merkmale der Diffusion zu verstehen. Wenn Sie ein Stück Zucker in k alten Tee geben, bildet sich allmählich ein dicker Sirup am Boden der Tasse. Es ist mit bloßem Auge sichtbar. Nach einiger Zeit verteilt sich der Sirup gleichmäßig im Volumen der Flüssigkeit und ist nicht mehr sichtbar. Dieser Prozess läuft spontan ab und beinh altet kein Mischen der Komponenten der Lösung. Ebenso breitet sich der Duft von Parfüm im ganzen Raum aus.
Die obigen Experimente zeigen, dass Diffusion ein spontaner Prozess des Eindringens von Molekülen einer Substanz in eine andere ist. Die Ausbreitung von Materie erfolgt trotz der Schwerkraft in alle Richtungen. Ein solcher Vorgang ist eine direkte Bestätigung der ständigen Bewegung der Materiemoleküle.
So erfolgt im obigen Beispiel die Diffusion von Zucker- und Wassermolekülen, die von einer gleichmäßigen Verteilung der Moleküle organischer Substanz über das Volumen der Flüssigkeit begleitet wird.
Experimente ermöglichen den Nachweis der Diffusion nicht nur in Flüssigkeiten, sondern auch in gasförmigen Stoffen. Sie können beispielsweise einen Behälter mit Ätherdampf auf der Waage installieren. Allmählich kommen die Becher ins Gleichgewicht, dann wird das Ätherglas schwerer. Was ist der Grund für dieses Phänomen?
Im Laufe der Zeit vermischen sich Äthermoleküle mit Luftpartikeln und ein spezifischer Geruch beginnt im Raum zu spüren. In einem Physikkurs am Gymnasium wird ein Experiment betrachtet, bei dem ein Lehrer ein Körnchen Kaliumpermanganat (Kaliumpermanganat) in Wasser auflöst. Zunächst ist eine klare Flugbahn der Kornbewegung sichtbar,aber nach und nach nimmt die ganze Lösung einen einheitlichen Farbton an. Basierend auf dem Experiment erklärt der Lehrer die Merkmale der Diffusion.
Um Faktoren zu identifizieren, die die Geschwindigkeit des Prozesses in Flüssigkeiten beeinflussen, können Sie Wasser mit unterschiedlichen Temperaturen verwenden. In einer heißen Flüssigkeit wird der Prozess der gegenseitigen Vermischung von Molekülen viel schneller beobachtet, daher besteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem Temperaturwert und der Diffusionsgeschwindigkeit.
Schlussfolgerung
Experimente mit Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern ermöglichen es, physikalische Gesetze zu formulieren, Zusammenhänge zwischen einzelnen Größen herzustellen.
Als Ergebnis der Experimente wurde der Mechanismus des gegenseitigen Eindringens von Partikeln einer Substanz in eine andere festgestellt, die chaotische Natur ihrer Bewegung wurde bewiesen. Empirisch wurde festgestellt, dass die Diffusion in gasförmigen Stoffen am schnellsten erfolgt. Dieser Vorgang ist für Wildtiere von großer Bedeutung, wird in Wissenschaft und Technik genutzt.
Dank dieses Phänomens bleibt die homogene Zusammensetzung der Erdatmosphäre erh alten. Andernfalls würde die Schichtung der Troposphäre in separate gasförmige Substanzen beobachtet, und schweres Kohlendioxid, das zum Atmen ungeeignet ist, wäre der Oberfläche unseres Planeten am nächsten. Wozu würde es führen? Die Tierwelt würde einfach aufhören zu existieren.
Die Rolle der Diffusion in der Pflanzenwelt ist ebenfalls groß. Die üppige Baumkrone lässt sich durch Diffusionsaustausch durch die Blattoberfläche erklären. Dadurch erfolgt nicht nur die Atmung, sondern auch die Ernährung des Baumes. Derzeit in der LandwirtschaftEs wird eine Blattfütterung von Sträuchern und Bäumen verwendet, bei der die Krone mit speziellen chemischen Verbindungen besprüht wird.
Während der Diffusion erhält die Pflanze Nährstoffe aus dem Boden. Auch physiologische Prozesse, die in lebenden Organismen ablaufen, sind mit diesem Phänomen verbunden. Beispielsweise ist ein Salzgleichgewicht ohne Diffusion nicht möglich. Solche Prozesse sind für die Sauerstoffversorgung von Seen und Flüssen von großer Bedeutung. Das Gas gelangt genau durch Diffusion in die Tiefe der Lagerstätte. Gäbe es einen solchen Prozess nicht, würde das Leben im Reservoir aufhören zu existieren.
Die Einnahme von Medikamenten, die es einem Menschen ermöglichen, sich vor Krankheitserregern verschiedener Krankheiten zu schützen und das Wohlbefinden zu verbessern, basiert ebenfalls auf Diffusion. Dieses Phänomen wird beim Schweißen von Metallen, der Herstellung von Zuckersaft aus Rübenschnitzeln und der Herstellung von Süßwaren genutzt. Es ist schwierig, einen solchen Zweig der modernen Industrie zu finden, in dem keine Diffusion verwendet wird.
