Diffusion in einer Flüssigkeit: Prozessbedingungen, Beispiele. Experimente mit Flüssigkeiten

Zu Beginn ist die Flüssigkeitintermediärer Aggregatzustand. Bei einem kritischen Siedepunkt ist es ähnlich wie bei Gasen und bei niedrigen Temperaturen zeigen sich ähnliche Eigenschaften wie bei einem Feststoff. Die Flüssigkeit hat kein ideales Modell, was die Beschreibung ihrer thermodynamischen Gleichgewichtseigenschaften, Gefrierpunkt, Viskosität, Diffusion, Wärmeleitfähigkeit, Oberflächenspannung, Entropie und Enthalpie wesentlich erschwert.

Definition

Was ist Diffusion? Diese sich ausbreitende, sich ausbreitende Bewegung von Partikeln des Mediums, die zur Stoffübertragung führt, führt zur Bildung von Gleichgewichtskonzentrationen. In Abwesenheit äußerer Einflüsse wird dieser Vorgang durch die thermische Bewegung der Teilchen bestimmt. In diesem Fall steht der Diffusionsprozess in direkter proportionaler Beziehung zur Konzentration. Der Diffusionsfluss ändert sich in ähnlicher Weise wie der Konzentrationsgradient.

Sorten

Wenn Diffusion in einer Flüssigkeit mit einer Temperaturänderung auftritt, wird sie im elektrischen Feld durch Elektrodiffusion thermische Diffusion genannt.

Der Bewegungsprozess von Teilchen großer Dimensionen in einer Flüssigkeit oder einem Gas tritt unter den Gesetzen der Brownschen Bewegung auf.

Eigenschaften der Perkolation

Diffusion in Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffenfließt mit unterschiedlichen Raten. Aufgrund von Unterschieden in der Art der thermischen Bewegung der Partikel in unterschiedlichen Umgebungen, hat die maximale Geschwindigkeit des Prozesses in den Gas, während die Mindestgeschwindigkeit - in Feststoffen.

Die Bewegungsbahn eines Teilchens ist eine gestrichelte LinieLinie, weil sich Richtung und Geschwindigkeit periodisch ändern. Aufgrund der Bewegungsstörung wird eine allmähliche Entfernung des Teilchens von seiner ursprünglichen Position beobachtet. Die Verschiebung entlang einer geraden Linie ist viel kürzer als der Weg entlang einer gebrochenen Flugbahn.

Ficksches Gesetz

Diffusion in einer Flüssigkeit gehorcht den beiden Fick-Gesetzen:

• die Dichte des Diffusionsflusses ist direkt proportional zur Konzentration mit dem Diffusionskoeffizienten;
• die Änderungsrate der Diffusionsflussdichte ist direkt proportional zu der Änderungsrate der Konzentration und hat eine umgekehrte Richtung.

Diffusion in einer Flüssigkeit ist durch Sprünge gekennzeichnetMoleküle von einer Gleichgewichtslage zur anderen. Jeder solcher Sprung wird beobachtet, wenn die Energie dem Molekül in einem Volumen mitgeteilt wird, das ausreicht, um die Verbindung mit anderen Teilchen zu unterbrechen. Der Durchschnittswert des Sprungs übersteigt nicht den Abstand zwischen den Molekülen.

Überlegen, was Diffusion in einer Flüssigkeit ist,wir merken an, dass der Prozess von der Temperatur abhängt. Mit ihrer Zunahme "lockert" sich die Flüssigkeitsstruktur, was zu einem sprunghaften Anstieg der Anzahl der Sprünge pro Zeiteinheit führt.

Die Diffusion in Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen weist einige charakteristische Eigenschaften auf. Zum Beispiel ist der Mechanismus in Festkörpern mit der Bewegung von Atomen innerhalb des Kristallgitters verbunden.

Merkmale des Phänomens

Diffusion in einer Flüssigkeit ist praktischDas Interesse ist darauf zurückzuführen, dass es zu einem Ausgleich der Stoffkonzentration im zunächst inhomogenen Medium kommt. Von Standorten mit einer hohen Partikelkonzentration findet viel mehr statt.

Experimente

Experimente mit Flüssigkeiten haben gezeigt, dass Diffusion hatbesondere Bedeutung in der chemischen Kinetik. Im Verlauf des chemischen Prozesses auf der Oberfläche der Reaktanten oder des Katalysators hilft dieses Verfahren, die Geschwindigkeit der Entfernung der Reaktionsprodukte und die Zugabe der Ausgangsreagenzien zu bestimmen.

Was erklärt die Diffusion in Flüssigkeiten? Moleküle des Lösungsmittels können durch semitransparente Membranen hindurchdringen, was zu einem osmotischen Druck führt. Dieses Phänomen hat Anwendung in chemischen und physikalischen Methoden der Trennung von Substanzen gefunden.

Biologische Systeme

In diesem Fall können die Diffusionsmodelle berücksichtigt werdenam Beispiel der Aufnahme von Luft in die Lunge, Absorption aus dem Darm in das Blut von Verdauungsprodukten, Absorption von Mineralelementen durch die Wurzelhaare. Die Diffusion von Ionen erfolgt während der Erzeugung von bioelektrischen Impulsen durch Muskel- und Nervenzellen.

Der physische Faktor, der sich auswirktdie Selektivität der Akkumulation bestimmter Elemente in den Zellen des Organismus ist die unterschiedliche Geschwindigkeit der Ionenpenetration durch die Zellmembranen. Dieser Prozess kann durch das Ficksche Gesetz ausgedrückt werden, wobei der Wert des Diffusionskoeffizienten durch den Permeabilitätsindex der Membran ersetzt wird und anstelle des Konzentrationsgradienten die Differenz der Werte auf beiden Seiten der Membran verwendet wird. Bei der Eindiffusion von Wasser und Gasen in die Zelle schwanken die osmotischen Druckindizes außerhalb und innerhalb der Zelle.

Analysieren, welche Diffusion vondass verschiedene Arten dieses Prozesses unterschieden werden. Eine einfache Form ist mit der freien Übertragung von Ionen und Molekülen auf den Gradienten ihres elektrochemischen Potentials verbunden. Zum Beispiel ist eine ähnliche Variante für diejenigen Substanzen geeignet, in denen die Moleküle kleine Abmessungen haben, beispielsweise Methylalkohol, Wasser.

Eine limitierte Version impliziert eine schwache Übertragung von Materie. Zum Beispiel können selbst kleine Partikel die Zelle nicht durchdringen.

Seiten der Geschichte

Diffusion wurde während der Blütezeit entdecktantike griechische Kultur. Demokrit und Anaxogoria waren davon überzeugt, dass jede Substanz aus Atomen besteht. Die Vielfalt der Substanzen, die in der Natur üblich sind, erklären sie durch die Verbindungen jedes einzelnen Atoms. Sie gingen davon aus, dass sich diese Partikel vermischen und neue Substanzen bilden können. Unter den Begründern der molekularen kinetischen Theorie, die den Mechanismus der Diffusion erklärte, spielte eine besondere Rolle Mikhail Lomonosov. Er wurde eine Definition des Moleküls gegeben, Atom, erklärte den Mechanismus der Auflösung.

Experimente

Erfahrung mit Zucker ermöglicht es Ihnen, alle Funktionen zu verstehenDiffusion. Wenn ein Stück Zucker in kalten Tee gegeben wird, bildet sich allmählich ein dicker Sirup auf dem Boden des Bechers. Es ist mit bloßem Auge sichtbar. Nach einer Weile wird der Sirup gleichmäßig im Volumen der Flüssigkeit verteilt und hört auf, sichtbar zu sein. Dieser Prozess läuft spontan ab und beinhaltet kein Mischen der Lösungskomponenten. In ähnlicher Weise verbreitet sich der Duft von Parfüm im ganzen Raum.

Die obigen Experimente zeigen dasDiffusion ist ein spontaner Prozess des Eindringens von Molekülen einer Substanz in eine andere. Die Verteilung der Materie erfolgt in allen Richtungen, trotz der Anwesenheit der Schwerkraft. Ein solcher Vorgang ist eine direkte Bestätigung der ständigen Bewegung von Molekülen der Materie.

So wird im obigen Beispiel die Diffusion von Zucker- und Wassermolekülen durchgeführt, die von einer gleichmäßigen Verteilung von Molekülen organischen Materials im gesamten Volumen der Flüssigkeit begleitet ist.

Experimente machen es möglich, Diffusion nicht zu erkennennur in Flüssigkeiten, aber auch in gasförmigen Stoffen. Sie können beispielsweise einen Container mit Ätherpaaren auf der Waage installieren. Allmählich werden die Schalen in Balance kommen, dann wird das Glas mit dem Äther schwerer sein. Was ist der Grund für dieses Phänomen?

Im Laufe der Zeit werden Äthermoleküle mit gemischtLuftpartikel, und ein eigenartiger Geruch beginnt im Raum zu fühlen. Im Verlauf der Physik der Sekundarstufe wird ein Experiment betrachtet, bei dem der Lehrer ein Kaliumpermanganat (Kaliumpermanganat) in Wasser auflöst. Zunächst ist eine klare Flugbahn der Kornbewegung sichtbar, aber allmählich gewinnt die gesamte Lösung einen gleichmäßigen Schatten. Basierend auf dem Experiment erklärt der Lehrer die Merkmale der Diffusion.

Um Faktoren zu identifizieren, die die Geschwindigkeit beeinflussenFließprozess in Flüssigkeiten, können Sie Wasser mit unterschiedlichen Temperaturen verwenden. In einer heißen Flüssigkeit wird der Prozess des gegenseitigen Mischens von Molekülen viel schneller beobachtet, und daher gibt es eine direkte Beziehung zwischen dem Wert der Temperatur und der Diffusionsrate.

Fazit

Experimente mit Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern erlauben uns, die Gesetze der Physik zu formulieren, die Beziehung zwischen einzelnen Größen herzustellen.

Es war als Folge der Experimente, dass dieder Mechanismus der wechselseitigen Durchdringung der Teilchen der einen Substanz in andere, die chaotische Natur ihrer Bewegung ist bewiesen. Es wurde experimentell gefunden, dass die Diffusion in gasförmigen Substanzen am schnellsten erfolgt. Dieser Prozess ist von großer Bedeutung für Wildtiere, er wird in Wissenschaft und Technologie eingesetzt.

Aufgrund dieses Phänomens ist eine homogeneZusammensetzung der Erdatmosphäre. Andernfalls würde eine Stratifizierung der Troposphäre in separate gasförmige Substanzen beobachtet werden, und schweres Kohlendioxid, unpassend für die Atmung, würde der Oberfläche unseres Planeten am nächsten sein. Was würde dazu führen? Die lebendige Natur würde einfach aufhören zu existieren.

Die Rolle der Diffusion in der Pflanzenwelt ist ebenfalls groß. Üppige Baumkrone kann durch Diffusionsaustausch durch die Oberfläche der Blätter erläutert. Als Ergebnis, nicht nur atmen, sondern auch den Baum füttern. Bei der zur Zeit in der Landwirtschaft Blattanwendung von Sträuchern und Bäumen, was darauf hindeutet, Spritzen Kronen von speziellen chemischen Zusammensetzungen verwendet.

Es ist während der Diffusion, die eine Pflanze vom Boden empfängtNährstoffe. Die physiologischen Prozesse in lebenden Organismen sind auch mit diesem Phänomen verbunden. Zum Beispiel ist das Salzgleichgewicht ohne Diffusion unmöglich. Solche Prozesse spielen eine große Rolle bei der Versorgung von Seen und Flüssen mit Sauerstoff. Gas fällt genau durch Diffusion in die Tiefe des Reservoirs. Wenn ein solcher Prozess nicht vorhanden wäre, würde das Leben innerhalb des Reservoirs aufhören zu existieren.

Medikamente, erlaubtEine Person, die sich vor Krankheitserregern verschiedener Krankheiten schützt und das Wohlbefinden verbessert, basiert ebenfalls auf Diffusion. Dieses Phänomen wird beim Schweißen von Metallen, bei der Herstellung von Zuckersaft aus Rübenschnitzeln, bei der Herstellung von Süßwaren verwendet. Es ist schwierig, einen Zweig der modernen Industrie zu finden, in dem keine Verbreitung stattfindet.