Laten we beginnen met het feit dat de vloeistof een tussenliggende aggregatietoestand is. Bij het kritische kookpunt is het vergelijkbaar met gassen, en bij lage temperaturen verschijnen kenmerken die lijken op een vaste stof. Een vloeistof heeft geen ideaal model, wat de beschrijving van zijn evenwichtsthermodynamische eigenschappen, vriespunt, viscositeit, diffusie, thermische geleidbaarheid, oppervlaktespanning, entropie, enthalpie aanzienlijk bemoeilijkt.
Definitie
Wat is diffusie? Dit is de verspreiding, distributie, beweging van deeltjes van het medium, wat leidt tot de overdracht van materie, het tot stand brengen van evenwichtsconcentraties. Bij afwezigheid van invloeden van buitenaf wordt dit proces bepaald door de thermische beweging van de deeltjes. In dit geval is het diffusieproces recht evenredig met de concentratie. De diffusieflux zal op dezelfde manier veranderen als de concentratiegradiënt.
Rassen
Als diffusie in een vloeistof plaatsvindt met een verandering in temperatuur, wordt dit thermische diffusie genoemd, in een elektrisch veld - elektrodiffusie.
Het proces van beweging van grote deeltjes in een vloeistof of gas vindt plaats onderwetten van Brownse beweging.
Kenmerken van stroom
Diffusie in gassen, vloeistoffen en vaste stoffen verloopt met verschillende snelheden. Vanwege verschillen in de aard van de thermische beweging van deeltjes in verschillende media, heeft het proces de maximale snelheid in gassen en de minimale snelheid - in vaste stoffen.
De baan van het deeltje is een onderbroken lijn, omdat de richting en snelheid periodiek veranderen. Door de ongeordende beweging wordt een geleidelijke verwijdering van het deeltje uit zijn oorspronkelijke positie waargenomen. Zijn verplaatsing langs een rechte lijn is veel korter dan het pad dat plaatsvindt langs een onderbroken pad.
De wet van Fick
Diffusie in een vloeistof gehoorzaamt aan twee wetten van Fick:
- diffusiefluxdichtheid is recht evenredig met de concentratie met diffusiecoëfficiënt;
- De snelheid van verandering in de diffusiefluxdichtheid is recht evenredig met de snelheid van verandering in concentratie en heeft de tegenovergestelde richting.
Diffusie in een vloeistof wordt gekenmerkt door sprongen van moleculen van de ene evenwichtspositie naar de andere. Elke dergelijke sprong wordt waargenomen wanneer energie aan het molecuul wordt gegeven in een volume dat voldoende is om de binding met andere deeltjes te verbreken. De gemiddelde sprong is niet groter dan de afstand tussen moleculen.
Bij de bespreking van wat diffusie in een vloeistof is, merken we op dat het proces afhankelijk is van de temperatuur. Met zijn toename treedt het “loskomen” van de vloeistofstructuur op, waardoor er een sterke toename van dehet aantal sprongen per tijdseenheid.
Diffusie in gassen, vloeistoffen en vaste stoffen heeft een aantal onderscheidende kenmerken. In vaste stoffen wordt het mechanisme bijvoorbeeld geassocieerd met de beweging van atomen in het kristalrooster.
Kenmerken van het fenomeen
Diffusie in een vloeistof is van praktisch belang omdat het gepaard gaat met de egalisatie van de concentratie van een stof in een aanvankelijk inhomogeen medium. Aanzienlijk meer deeltjes ontsnappen uit gebieden met een hoge concentratie.
Experimenten
Experimenten met vloeistoffen hebben aangetoond dat diffusie van bijzonder belang is in de chemische kinetiek. Tijdens het verloop van een chemisch proces op het oppervlak van reactanten of een katalysator, draagt dit proces bij aan de bepaling van de verwijderingssnelheid van reactieproducten en de toevoeging van initiële reagentia.
Wat verklaart diffusie in vloeistoffen? Oplosmiddelmoleculen kunnen door doorschijnende membranen dringen, wat resulteert in een osmotische druk. Dit fenomeen is toegepast in chemische en fysische methoden voor het scheiden van stoffen.
Biologische systemen
In dit geval kunnen diffusiemodellen worden overwogen op het voorbeeld van luchtzuurstof die de longen binnendringt, opname van spijsverteringsproducten uit de darm in het bloed, opname van minerale elementen door wortelharen. Diffusie van ionen vindt plaats tijdens het genereren van bio-elektrische impulsen door spier- en zenuwcellen.
Fysieke factor die van invloed is opde selectiviteit van de accumulatie in de cellen van het lichaam van bepaalde elementen, is de verschillende penetratiesnelheid van ionen door de celmembranen. Dit proces kan worden uitgedrukt door de wet van Fick, waarbij de waarde van de diffusiecoëfficiënt wordt vervangen door de membraanpermeabiliteit en in plaats van de concentratiegradiënt het verschil in waarden aan beide zijden van het membraan wordt gebruikt. Met de diffusiepenetratie van water en gassen in de cel, veranderen de osmotische drukindicatoren buiten en binnen de cel.
Als we analyseren waar diffusie van afhangt, merken we op dat er verschillende soorten van dit proces zijn. De eenvoudige vorm wordt geassocieerd met de vrije overdracht van ionen en moleculen naar de gradiënt van hun elektrochemische potentiaal. Deze optie is bijvoorbeeld geschikt voor die stoffen waarin de moleculen klein zijn, bijvoorbeeld methylalcohol, water.
Beperkte variant gaat uit van een zwakke overdracht van materie. Zelfs kleine deeltjes kunnen bijvoorbeeld niet in een cel doordringen.
Geschiedenispagina's
Diffusie werd ontdekt tijdens de hoogtijdagen van de oude Griekse cultuur. Democritus en Anaxogoras waren ervan overtuigd dat elke stof uit atomen bestaat. Ze verklaarden de verscheidenheid aan stoffen die in de natuur voorkomen door de verbindingen tussen individuele atomen. Ze gingen ervan uit dat deze deeltjes zich konden vermengen tot nieuwe stoffen. Onder de grondleggers van de moleculair-kinetische theorie, die het mechanisme van diffusie verklaarde, speelde Mikhail Lomonosov een speciale rol. Ze gaven een definitie aan een molecuul, een atoom, en legden het mechanisme van ontbinding uit.
Experimenten
Ervaring met suiker stelt je in staat om alle kenmerken van diffusie te begrijpen. Als je een stukje suiker in koude thee doet, vormt zich langzaamaan een dikke siroop op de bodem van het kopje. Het is zichtbaar voor het blote oog. Na enige tijd zal de siroop gelijkmatig over het volume van de vloeistof worden verdeeld en niet meer zichtbaar zijn. Dit proces verloopt spontaan en omvat geen menging van de componenten van de oplossing. Op dezelfde manier verspreidt de geur van parfum zich door de kamer.
De bovenstaande experimenten laten zien dat diffusie een spontaan proces is van penetratie van moleculen van de ene stof in een andere. De verspreiding van materie vindt in alle richtingen plaats, ondanks de aanwezigheid van zwaartekracht. Zo'n proces is een directe bevestiging van de constante beweging van de moleculen van materie.
Zo wordt in het bovenstaande voorbeeld de diffusie van suiker- en watermoleculen uitgevoerd, wat gepaard gaat met een uniforme verdeling van organische stofmoleculen door het volume van de vloeistof.
Experimenten maken het mogelijk om diffusie niet alleen in vloeistoffen, maar ook in gasvormige stoffen te detecteren. U kunt bijvoorbeeld een container met etherdamp op de weegschaal plaatsen. Geleidelijk komen de kopjes in balans, daarna wordt het glas ether zwaarder. Wat is de reden voor dit fenomeen?
Na verloop van tijd vermengen ethermoleculen zich met luchtdeeltjes en een specifieke geur begint in de kamer te worden gevoeld. In een natuurkundevak op de middelbare school wordt een experiment overwogen waarbij een leraar een korrel kaliumpermanganaat (kaliumpermanganaat) oplost in water. In eerste instantie is een duidelijk traject van graanbeweging zichtbaar,maar geleidelijk krijgt de hele oplossing een uniforme tint. Op basis van het experiment legt de leraar de kenmerken van diffusie uit.
Om factoren te identificeren die de snelheid van het proces in vloeistoffen beïnvloeden, kunt u water met verschillende temperaturen gebruiken. In een hete vloeistof wordt het proces van onderlinge vermenging van moleculen veel sneller waargenomen, daarom is er een directe relatie tussen de temperatuurwaarde en de diffusiesnelheid.
Conclusie
Experimenten uitgevoerd met gassen, vloeistoffen en vaste stoffen maken het mogelijk om de wetten van de fysica te formuleren, de relatie tussen individuele grootheden vast te stellen.
Het was als resultaat van de experimenten dat het mechanisme van wederzijdse penetratie van deeltjes van de ene stof in de andere werd vastgesteld, de chaotische aard van hun beweging werd bewezen. Empirisch is gevonden dat diffusie het snelst optreedt in gasvormige stoffen. Dit proces is van groot belang voor dieren in het wild, wordt gebruikt in wetenschap en technologie.
Dankzij dit fenomeen blijft de homogene samenstelling van de aardatmosfeer behouden. Anders zou de gelaagdheid van de troposfeer in afzonderlijke gasvormige stoffen worden waargenomen, en zou zware kooldioxide, ongeschikt om te ademen, zich het dichtst bij het oppervlak van onze planeet bevinden. Waar zou het toe leiden? Wildlife zou gewoon ophouden te bestaan.
De rol van diffusie in de plantenwereld is ook groot. De weelderige kroon van bomen kan worden verklaard door diffusie-uitwisseling door het oppervlak van de bladeren. Als gevolg hiervan wordt niet alleen de ademhaling uitgevoerd, maar ook de voeding van de boom. Momenteel in de landbouwbladvoeding van struiken en bomen wordt gebruikt, waarbij de kroon wordt besproeid met speciale chemische verbindingen.
Het is tijdens diffusie dat de plant voedingsstoffen uit de grond ontvangt. Fysiologische processen die plaatsvinden in levende organismen worden ook geassocieerd met dit fenomeen. Zoutbalans is bijvoorbeeld onmogelijk zonder diffusie. Dergelijke processen zijn van groot belang om meren en rivieren van zuurstof te voorzien. Het gas komt precies door diffusie in de diepten van het reservoir. Als zo'n proces afwezig zou zijn, zou het leven in het reservoir ophouden te bestaan.
De inname van medicijnen waarmee een persoon zichzelf kan beschermen tegen ziekteverwekkers van verschillende ziekten en het welzijn kan verbeteren, is ook gebaseerd op diffusie. Dit fenomeen wordt gebruikt bij het lassen van metalen, de productie van suikersap uit bietensnippers en de bereiding van zoetwaren. Het is moeilijk om zo'n tak van de moderne industrie te vinden waar geen diffusie wordt gebruikt.
