Să începem cu faptul că lichidul este o stare intermediară de agregare. La punctul critic de fierbere este asemănător gazelor, iar la temperaturi scăzute apar caracteristici asemănătoare unui solid. Un lichid nu are un model ideal, ceea ce complică semnificativ descrierea proprietăților termodinamice de echilibru, punctul de îngheț, vâscozitatea, difuzia, conductibilitatea termică, tensiunea superficială, entropia, entalpia.
Definiție
Ce este difuzia? Aceasta este răspândirea, distribuția, mișcarea particulelor din mediu, ceea ce duce la transferul de materie, la stabilirea concentrațiilor de echilibru. În absența influențelor externe, acest proces este determinat de mișcarea termică a particulelor. În acest caz, procesul de difuzie este direct proporțional cu concentrația. Fluxul de difuzie se va modifica în mod similar cu gradientul de concentrație.
Soiuri
Dacă difuzia într-un lichid are loc cu o schimbare a temperaturii, se numește difuzie termică, într-un câmp electric - electrodifuzie.
Procesul de mișcare a particulelor mari într-un lichid sau gaz are loc sublegile mișcării browniene.
Caracteristici ale fluxului
Difuzia în gaze, lichide și solide are loc cu viteze diferite. Datorită diferențelor de natură a mișcării termice a particulelor în diferite medii, procesul are viteza maximă în gaze și viteza minimă - în solide.
Traiectoria particulei este o linie întreruptă, deoarece direcția și viteza se schimbă periodic. Datorită mișcării dezordonate, se observă o îndepărtare treptată a particulei din poziția inițială. Deplasarea sa de-a lungul unei linii drepte este mult mai scurtă decât traseul care are loc pe o cale întreruptă.
Legea lui Fick
Difuzia într-un lichid respectă două legi lui Fick:
- densitatea fluxului de difuzie este direct proporțională cu concentrația cu coeficient de difuzie;
- Rata de modificare a densității fluxului de difuzie este direct proporțională cu viteza de modificare a concentrației și are direcția opusă.
Difuzia într-un lichid se caracterizează prin s alturi de molecule dintr-o poziție de echilibru în alta. Fiecare astfel de s alt este observat atunci când energie este transmisă moleculei într-un volum suficient pentru a rupe legătura cu alte particule. S altul mediu nu depășește distanța dintre molecule.
Când discutăm despre ce este difuzia într-un lichid, observăm că procesul depinde de temperatură. Odată cu creșterea sa, are loc „slăbirea” structurii lichide, în urma căreia are loc o creștere bruscă anumărul de sărituri pe unitatea de timp.
Difuzia în gaze, lichide și solide are unele caracteristici distinctive. De exemplu, la solide, mecanismul este asociat cu mișcarea atomilor în rețeaua cristalină.
Caracteristici ale fenomenului
Difuzia într-un lichid prezintă un interes practic datorită faptului că este însoțită de egalizarea concentrației unei substanțe într-un mediu inițial neomogen. Din zonele cu o concentrație mare scapă mult mai multe particule.
Experimente
Experimentele cu lichide au arătat că difuzia este de o importanță deosebită în cinetica chimică. În cursul unui proces chimic pe suprafața reactanților sau a unui catalizator, acest proces contribuie la determinarea vitezei de îndepărtare a produselor de reacție și la adăugarea de reactivi inițiali.
Ce explică difuzia în lichide? Moleculele de solvent sunt capabile să pătrundă prin membranele translucide, rezultând o presiune osmotică. Acest fenomen și-a găsit aplicație în metodele chimice și fizice de separare a substanțelor.
Sisteme biologice
În acest caz, modelele de difuzie pot fi luate în considerare pe exemplul pătrunderii oxigenului din aer în plămâni, absorbția produselor digestive din intestin în sânge, absorbția elementelor minerale de către firele de păr din rădăcină. Difuzia ionilor are loc în timpul generării impulsurilor bioelectrice de către celulele musculare și nervoase.
Factor fizic care afecteazăselectivitatea acumulării în celulele corpului a anumitor elemente, este viteza diferită de penetrare a ionilor prin membranele celulare. Acest proces poate fi exprimat prin legea lui Fick, înlocuind valoarea coeficientului de difuzie cu permeabilitatea membranei și, în loc de gradientul de concentrație, folosiți diferența de valori pe ambele părți ale membranei. Odată cu pătrunderea prin difuzie a apei și a gazelor în celulă, indicatorii de presiune osmotică în exterior și în interiorul celulei se modifică.
Analizând de ce depinde difuzia, observăm că există mai multe tipuri de acest proces. Forma simplă este asociată cu transferul liber al ionilor și moleculelor către gradientul potențialului lor electrochimic. De exemplu, această opțiune este potrivită pentru acele substanțe în care moleculele sunt de dimensiuni mici, de exemplu, alcool metilic, apă.
Varianta limitată presupune un transfer slab de materie. De exemplu, chiar și particulele mici nu pot pătrunde într-o celulă.
Pagini de istorie
Difuziunea a fost descoperită în perioada de glorie a culturii grecești antice. Democrit și Anaxogoras erau convinși că orice substanță este formată din atomi. Ei au explicat varietatea de substanțe comune în natură prin conexiunile dintre atomii individuali. Ei au presupus că aceste particule se pot amesteca pentru a forma noi substanțe. Printre fondatorii teoriei molecular-cinetice, care a explicat mecanismul difuziei, Mihail Lomonosov a jucat un rol deosebit. Au dat o definiție unei molecule, unui atom și au explicat mecanismul dizolvării.
Experimente
Experiența cu zahărul vă permite să înțelegeți toate caracteristicile difuziei. Dacă pui o bucată de zahăr în ceai rece, treptat se va forma un sirop gros în fundul ceștii. Este vizibil cu ochiul liber. După ceva timp, siropul va fi distribuit uniform în volumul lichidului și nu va mai fi vizibil. Acest proces are loc spontan și nu implică amestecarea componentelor soluției. În mod similar, parfumul parfumului se răspândește în toată camera.
Experimentele de mai sus arată că difuzia este un proces spontan de penetrare a moleculelor unei substanțe în alta. Răspândirea materiei are loc în toate direcțiile, în ciuda prezenței gravitației. Un astfel de proces este o confirmare directă a mișcării constante a moleculelor de materie.
Astfel, în exemplul de mai sus, se realizează difuzia moleculelor de zahăr și apă, care este însoțită de o distribuție uniformă a moleculelor de materie organică în volumul lichidului.
Experimentele fac posibilă detectarea difuziei nu numai în lichide, ci și în substanțele gazoase. De exemplu, puteți instala un recipient cu vapori de eter pe cântare. Treptat, cupele se vor echilibra, apoi paharul de eter va fi mai greu. Care este motivul acestui fenomen?
De-a lungul timpului, moleculele de eter se amestecă cu particulele de aer, iar în cameră începe să se simtă un miros specific. Într-un curs de fizică de liceu, se are în vedere un experiment în care un profesor dizolvă un grăunte de permanganat de potasiu (permanganat de potasiu) în apă. La început, este vizibilă o traiectorie clară a mișcării cerealelor,dar treptat întreaga soluţie capătă o nuanţă uniformă. Pe baza experimentului, profesorul explică caracteristicile difuzării.
Pentru a identifica factorii care afectează viteza procesului în lichide, puteți folosi apă de diferite temperaturi. Într-un lichid fierbinte, procesul de amestecare reciprocă a moleculelor se observă mult mai rapid, prin urmare, există o relație directă între valoarea temperaturii și viteza de difuzie.
Concluzie
Experimentele efectuate cu gaze, lichide și solide fac posibilă formularea legilor fizicii, stabilirea relației dintre cantitățile individuale.
În urma experimentelor s-a stabilit mecanismul de penetrare reciprocă a particulelor unei substanțe în alta, s-a dovedit natura haotică a mișcării lor. Din punct de vedere empiric, s-a constatat că difuzia are loc cel mai rapid în substanțele gazoase. Acest proces este de mare importanță pentru fauna sălbatică, este folosit în știință și tehnologie.
Datorită acestui fenomen se menține compoziția omogenă a atmosferei terestre. În caz contrar, s-ar observa stratificarea troposferei în substanțe gazoase separate, iar dioxidul de carbon greu, nepotrivit respirației, ar fi cel mai aproape de suprafața planetei noastre. La ce ar duce? Fauna sălbatică ar înceta pur și simplu să mai existe.
Rolul difuzării în lumea plantelor este, de asemenea, grozav. Coroana luxuriantă a copacilor poate fi explicată prin schimbul de difuzie prin suprafața frunzelor. Ca urmare, nu se realizează doar respirația, ci și alimentația copacului. În prezent în agriculturăse folosește hrănirea foliară a arbuștilor și arborilor, care presupune pulverizarea coroanei cu compuși chimici speciali.
În timpul difuziei, planta primește nutrienți din sol. Procesele fiziologice care apar în organismele vii sunt, de asemenea, asociate cu acest fenomen. De exemplu, echilibrul de sare este imposibil fără difuzie. Astfel de procese sunt de mare importanță în alimentarea lacurilor și râurilor cu oxigen. Gazul pătrunde în adâncurile rezervorului tocmai prin difuzie. Dacă un astfel de proces ar lipsi, viața în interiorul rezervorului ar înceta să mai existe.
Aportul de medicamente care permit unei persoane să se protejeze de agenții patogeni ai diferitelor boli și să îmbunătățească starea de bine se bazează, de asemenea, pe difuzie. Acest fenomen este utilizat în sudarea metalelor, producerea sucului de zahăr din chipsuri de sfeclă și prepararea produselor de cofetărie. Este dificil să găsești o astfel de ramură a industriei moderne în care difuzarea nu este utilizată.
