Kad arbatoje esantis cukrus greičiau ištirptų, ją reikia išmaišyti. Bet pasirodo, kad jei tai nebus padaryta, po kurio laiko visas cukrus ištirps, o arbata taps saldi. Šios pamokos metu sužinosite, kad toks savaiminis medžiagų maišymasis vyksta dėl nuolatinio chaotiško molekulių judėjimo, ir šis reiškinys vadinamas difuzija.
Tema: Pradinė informacija apie materijos sandarą
Pamoka: Difuzija
Kasdieniame gyvenime kai kurių fizinių reiškinių kartais nepastebime. Pavyzdžiui, kažkas atidarė kvepalų buteliuką, ir mes, net būdami dideliu atstumu, pajusime šį kvapą. Užlipę laiptais į savo butą užuodžiame namuose gaminto maisto kvapą. Arbatos lapelių maišelį įmetame į stiklinę karšto vandens ir net nepastebime, kaip arbatos lapeliai nuspalvina visą puodelyje esantį vandenį.
Ryžiai. 1. Nors arbatos lapeliai yra arbatos maišelio viduje, jie nuspalvina visą puodelyje esantį vandenį.
Visi šie reiškiniai yra susiję su tuo pačiu fizikiniu reiškiniu, kuris vadinamas difuzija. Taip atsitinka todėl, kad vienos ir kitos medžiagos molekulės prasiskverbia viena į kitą.
Difuzija yra spontaniškas vienos medžiagos molekulių įsiskverbimas į tarpus tarp kitos medžiagos molekulių.
Šiame apibrėžime svarbus kiekvienas žodis: ir spontaniškas, ir abipusis, ir prasiskverbimas, ir molekulės.
Jei į indą supilsite vario sulfato (mėlynos spalvos) tirpalą, o atsargiai, nemaišydami užpilsite švaraus vandens ant viršaus, pastebėsite, kad iš pradžių gana aiški riba tarp vandens ir vario sulfato laikui bėgant vis labiau išsilieja. Jei eksperimentas tęsiamas savaitę, ši riba visiškai išnyks, o skystis inde taps vienodos spalvos.
Ryžiai. 2. Vario sulfato tirpalo difuzija vandenyje
Difuzija dujose vyksta daug greičiau. Paimkite cilindrinį stiklinį indą be dugno ir prie jo vidinio paviršiaus pritvirtinkite vertikalias universalaus indikatoriaus popieriaus juosteles. Šios juostelės turi galimybę pakeisti savo spalvą, veikiamos tam tikrų medžiagų garų. Supilkite nedidelį kiekį tokios medžiagos į puodelio dugną ir įdėkite į šį puodelį cilindrinį indą. Pamatysime, kad iš pradžių indikatorinės juostelės pakeis spalvą apatinėje dalyje, tačiau po 10-20 sekundžių juostelės per visą ilgį įgaus ryškiai mėlyną spalvą. Tai reiškia, kad oras ir dujinė medžiaga spontaniškai susimaišė vienas su kitu, tai yra, vienos medžiagos molekulės prasiskverbė į tarpus tarp kitos medžiagos molekulių, o tai reiškia, kad įvyko difuzija.
Ryžiai. 3. Dėl lakios medžiagos garų difuzijos indikatoriaus popieriaus juostelių spalva pirmiausia pasikeičia apačioje, o paskui per visą ilgį.
Pasirodo, tam tikrų medžiagų difuzijos greitį galima įtakoti. Norėdami tai patikrinti, paimkime dvi stiklines, vieną su karštu, o kitą su šaltu vandeniu. Į abi stiklines supilkite tiek pat tirpios kavos. Viename iš akinių difuzija vyks daug greičiau. Kaip sako gyvenimo patirtis, difuzija vyksta tuo greičiau, tuo aukštesnė difunduojančių medžiagų temperatūra.
Ryžiai. 4. Vanduo dešinėje stiklinėje yra aukštesnės temperatūros, todėl tirpios kavos difuzija joje yra greitesnė
Kuo aukštesnė medžiagų temperatūra, tuo greitesnė difuzija.
Ar gali difuzija vykti kietose medžiagose? Iš pirmo žvilgsnio ne. Tačiau patirtis duoda kitokį atsakymą į šį klausimą. Jei dviejų skirtingų metalų (pavyzdžiui, švino ir aukso) paviršiai yra gerai nupoliruoti ir tvirtai prispausti vienas prie kito, tuomet metalo molekulių tarpusavio skverbtis gali būti užregistruota maždaug iki milimetro gylio. Tiesa, tai užtruks kelerius metus.
Ryžiai. 5. Difuzija kietose medžiagose vyksta itin lėtai
Difuzija gali vykti dujose, skysčiuose ir kietose medžiagose, tačiau laikas, reikalingas difuzijai įvykti, labai skiriasi.
Difuzijos greitį galima padidinti didinant difuzuojančių medžiagų temperatūrą.
Bibliografija
1. Peryshkin A.V. Fizika. 7 ląstelės - 14 leid., stereotipas. – M.: Bustard, 2010 m.
2. Peryshkin A.V. Fizikos uždavinių rinkinys, 7 - 9 klasė: 5 leid., stereotipas. - M: Leidykla „Egzaminas“, 2010 m.
3. Lukašikas V.I., Ivanova E.V. Fizikos uždavinių rinkinys ugdymo įstaigų 7 - 9 klasėms. – 17 leidimas. - M .: Švietimas, 2004 m.
1. Viena skaitmeninių švietimo išteklių kolekcija ().
2. Viena skaitmeninių švietimo išteklių kolekcija ().
Namų darbai
Lukašikas V.I., Ivanova E.V. Fizikos užduočių rinkinys 7 - 9 klasėms
skaidrė 1
1
Per vieną akimirką pamatyti amžinybę Didžiulis pasaulis - smėlio grūdelyje, Viename pasaulyje - begalybė Ir dangus gėlių puodelyje. W. Blake'as
skaidrė 2
Molekulė yra mažiausia medžiagos dalelė.
Michailas Vasiljevičius Lomonosovas 1745 metais išskyrė atomo ir molekulės sąvokas.
Molekulės sudarytos iš atomų.
Atomas yra mažiausia cheminio elemento dalelė.
skaidrė 3
3
Visos medžiagos yra sudarytos iš mažų dalelių, vadinamų molekulėmis.
Tarp šių dalelių yra tarpai.
skaidrė 4
Gamtoje medžiagos būna 3 būsenos: kietos, skystos, dujinės.
Molekulės dydis yra apie 10‾¹ºm
Pakartokime
skaidrė 5
Kas trukdo rūkymo vietoje mokyklos direktoriaus užkluptai septintokai Vasjai suirti į atskiras molekules ir beatodairiškai dingti iš akių?
skaidrė 6
Auksinės statulos ranka senovės Graikijos šventykloje, kurią bučiavo parapijiečiai, per dešimtmečius pastebimai numetė svorio. Kunigai paniškai: kas pavogė auksą? O gal tai stebuklas, ženklas?
7 skaidrė
Kodėl dyla batų padai, o striukių alkūnės – iki skylučių?
8 skaidrė
Pamokos tema: Difuzija dujose, skysčiuose ir kietosiose medžiagose.
9 skaidrė
Pamokos tikslai ir uždaviniai
Ištirti molekulių, vykstančių skirtingose medžiagos būsenose, judėjimą Žinoti difuzijos mechanizmą esant skirtingoms medžiagos temperatūroms.
10 skaidrė
Brauno judesys
1773-1858
1827 m. Robertas Brownas, mikroskopu stebėdamas augalų žiedadulkių pavidalo suspensiją, atrado, kad dalelės nuolat juda ir apibūdina sudėtingas trajektorijas.
skaidrė 11
Difuzija (lot. difuzija-paskirstymas, plitimas, dispersija). Tai reiškinys, kai vienos medžiagos molekulės prasiskverbia į kitos medžiagos molekules.
Difuzijos per pusiau pralaidžią membraną schema
Difuzija
skaidrė 12
Pastebėjus
Difuzija
Dujose
skysčiuose
Kietose medžiagose
skaidrė 13
Apsvarstykite difuziją dujose
Sklaidos priežastys ir modeliai
14 skaidrė
DUJOS
Kvapų plitimas galimas dėl medžiagų molekulių judėjimo. Šis judėjimas yra nuolatinis ir nepastovus. Susidurdamos su orą sudarančiomis dujų molekulėmis, dezodoranto molekulės daug kartų keičia savo judėjimo kryptį ir, atsitiktinai judėdamos, išsisklaido po visą patalpą.
skaidrė 15
Medžiagos molekulės juda nuolat ir atsitiktinai.
Sklaidos priežastis:
skaidrė 16
Aromatiniai aliejai, dervos plačiai naudojami parfumerijos pramonėje, gydomojoje aromaterapijoje, bažnyčios reikmėms.
Dujų difuzija dujose
17 skaidrė
Kas iš mūsų nėra užklupęs pavasario nakties kvapo? Jautėme paukščių vyšnių, akacijų, alyvų kvapus. Gėlių kvapiosios medžiagos molekulės pasklinda ore.
Dujų difuzija dujose
18 skaidrė
Daugiausiai vabzdžių bendravimo būdų yra uoslės cheminės medžiagos, kurias gyvūnai naudoja norėdami apsisaugoti arba atkreipti dėmesį. Kvapų perdavimas atliekamas difuzijos būdu.
Dujų difuzija dujose
19 skaidrė
Patrauklūs feromonai, hormonai.
Dujų difuzija dujose
Kvepalai
drugeliai
Maybugs
šeškai
lovos vabalai
Skunksai
atstumiantis
Repelentai
20 skaidrė
Difuzijos taikymas Difuzija floroje ir faunoje
Blakių kvapas yra bjaurus, o boružės išskiria geltoną, kvapnų, nuodingą skystį.
Aštuonkojis išleidžia rašalo dėmę, kad pasislėptų nuo priešo
Skunkas atbaido savo skriaudėjus
skaidrė 21
Mes sprendžiame problemas
Užduotys biologijos mylėtojams. 1. Dauguma vabzdžių, vabzdžių, kai kurie lapgraužiai apsiginklavo: vabzdžių kvapas yra bjaurus, o boružės išskiria geltoną nuodingą skystį. ?? Paaiškinkite kvapų perdavimą 2. Žuvys kvėpuoja upių, ežerų ir jūrų vandenyje ištirpusiu deguonimi. Koks fizinis procesas leidžia deguoniui iš atmosferos patekti į vandenį?
22 skaidrė
Visi žino, kokie naudingi yra svogūnai. Bet kai pjaustome, ašarojame. Paaiškink kodėl?
Taip yra dėl difuzijos reiškinio. Priežastis – lakioji medžiaga ašaras sukelianti ašaras. Jis ištirpsta akies gleivinės skystyje, išskirdamas sieros rūgštį, kuri dirgina akies gleivinę.
skaidrė 23
Miškai yra planetos plaučiai, padedantys kvėpuoti visoms gyvoms būtybėms. Miesto ore yra daug dujinių medžiagų (anglies monoksido, anglies dioksido, azoto oksidų, sieros), gautų dėl pramonės komplekso, transporto ir komunalinių paslaugų. Miško oro valymo procesą galima paaiškinti difuzija.
Dujų difuzija dujose
skaidrė 24
Jie iš viso neturi kvėpavimo organų. Vandenyje ištirpęs deguonis absorbuojamas per jų odą, o ištirpęs anglies dioksidas pašalinamas tuo pačiu būdu.
Paprasčiausią kvėpavimo formą turi medūzos ir kirminai.
25 skaidrė
Sklaidos vaidmuo žmonėms
Dėl difuzijos iš plaučių deguonis prasiskverbia į žmogaus kraują, o iš kraujo į audinius.
skaidrė 26
27 skaidrė
Kodėl rūkančiojo plaučiai skiriasi nuo nerūkančiojo plaučiai?
28 skaidrė
Astronautai atsisega nuo miegmaišių, pritvirtintų prie erdvėlaivio sienų. Tuo pačiu metu „lovų“ vieta yra labai svarbi - jos pritvirtintos prie pat ventiliatorių, kad astronautai miego metu būtų nuolat aprūpinami grynu oru. Priešingu atveju stoties darbuotojai rizikuoja uždusti uždaroje erdvėje nuo gaminamo anglies dioksido arba dėl deguonies bado juos kankins migrena.
29 skaidrė
Natūralios degiosios dujos yra bespalvės ir bekvapės.
Dujų difuzija dujose
Dėl difuzijos dujos pasklinda po visą patalpą, sudarydamos sprogstamą mišinį.
skaidrė 30
Ne kartą stebėjome, kaip dūmai iš gaisro, aprūko kaimo namų, šiluminių elektrinių kaminai ir, iškėlę aukštai, nustoja būti matomi kylant – tai dūmų molekulių sklaidos tarp oro molekulių pasekmė.
Dujų difuzija dujose
31 skaidrė
Ketverių metų Maša nuslinko už mamos už nugaros prie veidrodžio ir ant galvos išpylė tris buteliukus prancūziškų kvepalų. Kaip mama, sėdėdama nugara į Mašą, atspėjo, kas atsitiko?
skaidrė 32
Ar įmanoma difuzija skysčiuose?
33 skaidrė
MŪSŲ EKSPERIMENTAS
Kviečiame arbatos.
skaidrė 34
Arbatai ruošti naudojami kai kurių augalų žiedai ir lapai: jazminų, rožių, liepžiedžių, raudonėlių, mėtų, čiobrelių ir kitų.
SKYSČIO DIFUZIJA SKYSTE
35 skaidrė
SKYSČIO DIFUZIJA SKYSTE
ARBATA
Žalias
Juoda
Kietoje būsenoje arbatos spalva priklauso nuo to, kaip apdorojami lapai.
Arbatos virimas pagrįstas vandens molekulių ir augalų dažančių medžiagų difuzija.
skaidrė 36
SKYSČIAI
1. Molekulės juda atsitiktinai 2. Medžiagų molekulės maišosi 3. Difuzijos skysčiuose priežastis yra molekulių judėjimas
Išvados:
37 skaidrė
Norėdami prisotinti burokėlių spalvą, į vandenį įpilama acto rūgšties.
38 skaidrė
KIETIEJI KŪNAI
Kietose medžiagose atstumai tarp molekulių yra labai maži. Jie yra tokie patys kaip ir pačių molekulių dydžiai. Per tokius mažus kitos medžiagos molekulių tarpus prasiskverbti itin sunku, todėl difuzija labai lėta.
39 skaidrė
Druskos kvapas, jodo kvapas. Nepereinamas ir išdidus, Akmens snukio rifai Atidengti iš vandens... Y. Drunina Kasmet į atmosferą patenka 2 mlrd. tonų druskų.
40 skaidrė
Smogas yra geltonas rūkas, kuris nuodija orą, kuriuo kvėpuojame. Smogas yra pagrindinė kvėpavimo takų ir širdies ligų, žmogaus imuniteto silpnėjimo priežastis.
KIETOS AKMENĖS DIFUZIJA DUJOSE
41 skaidrė
Augti namuose; dungia automobiliai; Ant visų krūmų kabo gamykliniai dūmai; Lėktuvai išskleidė sparnus debesyse
Gegužė. Griaustinio debesys skaldo. Negyva žaluma nuvysta. Visi varikliai ir garsiniai signalai - O alyva kvepia benzinu
Difuzijos procesas vaidina didelį vaidmenį oro, upių, jūrų ir vandenynų taršai.
Kenksminga difuzija
42 skaidrė
KIETOS AKMENĖS DIFUZIJA DUJOSE
Miesto ore randamos dalelės. Augalų žiedadulkės Mikroorganizmai, jų sporos Sausas smėlis Anglies dulkės Cemento dulkės Trąšos Asbestas Kadmis Gyvsidabris Švinas Geležies oksidas Vario oksidas
Dalelių spindulys, µm 20 - 60 1 - 15 200 - 2000 10 - 400 10 - 150 30 - 800 10 - 200 1-5 0,5-1 1-5 0,1-1 0,1-1
skaidrė 43
Su oro valymu susijusios aplinkos problemos sprendimo būdai: 1) filtrai ant išmetimo vamzdžių; 2) augalų auginimas prie kelių ir aplink įmones, kurios sugeria kenksmingas medžiagas.
Dujų difuzija dujose
Klevas
Liepa
Tuopos
Ar kada nors matėte minias mažų erzinančių dygliuočių, atsitiktinai knibždančių virš galvos? Kartais atrodo, kad jie nejudėdami kabo ore. Viena vertus, šis spiečius yra nejudantis, kita vertus, jame esantys vabzdžiai nuolat juda į dešinę, tada į kairę, tada aukštyn, tada žemyn, nuolat susiduria vienas su kitu ir vėl išsisklaido šiame debesyje, tarsi nematoma jėga. juos kartu.
Molekulių judesiai yra panašaus chaotiško pobūdžio, o kūnas išlaiko stabilią formą. Šis judėjimas vadinamas terminiu molekulių judėjimu.
Brauno judesys
Dar 1827 metais garsus britų botanikas Robertas Brownas mikroskopu tyrė mikroskopinių žiedadulkių dalelių elgesį vandenyje. Jis atkreipė dėmesį į tai, kad dalelės nuolat judėjo chaotiška, prieštaraujančia logikai tvarka ir šis atsitiktinis judėjimas nepriklauso nei nuo skysčio, kuriame jos buvo, judėjimo, nei nuo jo išgaravimo. Mažiausios žiedadulkių dalelės apibūdino sudėtingas, paslaptingas trajektorijas. Įdomu tai, kad tokio judėjimo intensyvumas laikui bėgant nemažėja ir nesusijęs su terpės cheminėmis savybėmis, o tik didėja, jei mažėja šios terpės klampumas ar judančių dalelių dydis. Be to, temperatūra turi didelę įtaką molekulių judėjimo greičiui: kuo ji didesnė, tuo dalelės juda greičiau.
Difuzija
Seniai žmonės suprato, kad visos pasaulio medžiagos susideda iš mažiausių dalelių: jonų, atomų, molekulių, tarp jų yra tarpai, o šios dalelės nuolat ir atsitiktinai juda.
Difuzija yra terminio molekulių judėjimo pasekmė. Pavyzdžius galime stebėti beveik visur kasdienybėje: ir kasdienybėje, ir laukinėje gamtoje. Tai kvapų skleidimas, įvairių kietų daiktų klijavimas, skysčių maišymas.
Moksliniu požiūriu difuzija yra reiškinys, kai vienos medžiagos molekulės prasiskverbia į tarpus tarp kitos medžiagos molekulių.
Dujos ir difuzija
Paprasčiausias difuzijos dujose pavyzdys – gana greitas kvapų (tiek malonių, tiek ne tokių malonių) plitimas ore.
Difuzija dujose gali būti itin pavojinga, nes dėl šio reiškinio apsinuodijimas anglies monoksidu ir kitomis toksiškomis dujomis vyksta žaibo greičiu.
Jei difuzija dujose vyksta greitai, dažniausiai per kelias sekundes, tai skysčiuose difuzija trunka ištisas minutes, o kartais net valandas. Tai priklauso nuo tankio ir temperatūros.
Vienas iš pavyzdžių – labai greitas druskų, alkoholių ir rūgščių tirpimas, kurie per trumpą laiką sudaro vienalyčius tirpalus.
Difuzija kietose medžiagose
Kietosiose medžiagose difuzija yra sunkiausia, esant įprastai kambario ar lauko temperatūrai, ji nepastebima. Visuose šiuolaikiniuose ir senosios mokyklos vadovėliuose eksperimentas su švino ir aukso plokštelėmis aprašomas kaip pavyzdys. Šis eksperimentas parodė, kad tik po daugiau nei ketverių metų nežymus aukso kiekis prasiskverbė į šviną, o švinas įsiskverbė į auksą ne daugiau kaip penkių milimetrų gylyje. Šis skirtumas atsiranda dėl to, kad švino tankis yra daug didesnis nei aukso tankis.
Vadinasi, difuzijos greitis ir intensyvumas priklauso ne tik nuo medžiagos tankio ir chaotiško molekulių judėjimo greičio, o greitis savo ruožtu – nuo temperatūros. Aukštesnėje temperatūroje difuzija vyksta intensyviau ir greičiau.
Sklaidos pavyzdžiai kasdieniame gyvenime
Net nesusimąstome apie tai, kad kiekvieną dieną beveik kiekviename žingsnyje susiduriame su difuzijos reiškiniu. Štai kodėl šis reiškinys fizikoje laikomas vienu reikšmingiausių ir įdomiausių.
Vienas iš paprasčiausių difuzijos pavyzdžių kasdieniame gyvenime yra cukraus ištirpimas arbatoje ar kavoje. Įdėjus gabalėlį cukraus į stiklinę verdančio vandens, po kurio laiko jis išnyks be pėdsakų, o net skysčio tūris praktiškai nepasikeis.
Jei atidžiai apsižvalgysite, galite rasti daugybę sklaidos pavyzdžių, kurie palengvina mūsų gyvenimą:
- skalbimo miltelių, kalio permanganato, druskos tirpinimas;
- purškiami oro gaivikliai;
- gerklės aerozoliai;
- nuplauti nešvarumus nuo skalbinių paviršiaus;
- dailininko maišant spalvas;
- tešlos minkymas;
- sočiųjų sultinių, sriubų ir padažų, saldžių kompotų ir vaisių gėrimų virimas.
1638 m., grįžęs iš Mongolijos, ambasadorius Vasilijus Starkovas Rusijos carui Michailui Fedorovičiui padovanojo beveik 66 kg džiovintų keisto aštraus aromato lapų. Niekada jo nebandžiusiems maskviečiams šis džiovintas augalas labai patiko ir su malonumu naudoja iki šiol. Ar atpažinote jį? Žinoma, tai arbata, verdama dėl difuzijos reiškinio.
Sklaidos aplinkiniame pasaulyje pavyzdžiai
Sklaidos vaidmuo mus supančiame pasaulyje yra labai didelis. Vienas iš svarbiausių difuzijos pavyzdžių yra gyvų organizmų kraujotaka. Deguonis iš oro patenka į kraujo kapiliarus, esančius plaučiuose, vėliau juose ištirpsta ir pasklinda po visą organizmą. Savo ruožtu anglies dioksidas iš kapiliarų pasklinda į plaučių alveoles. Difuzijos būdu iš maisto išsiskiriančios maistinės medžiagos prasiskverbia į ląsteles.
Žolinių augalų rūšyse difuzija vyksta per visą jų žalią paviršių, stambesniuose – per lapus ir stiebus, krūmuose ir medžiuose – per kamienų ir šakų žievės įtrūkimus bei lęšius.
Be to, difuzijos aplinkiniame pasaulyje pavyzdys yra augalų šaknų sistemos vandens ir jame ištirpusių mineralų pasisavinimas iš dirvožemio.
Būtent difuzija yra priežastis, kodėl apatinio atmosferos sluoksnio sudėtis yra nevienalytė ir susideda iš kelių dujų.
Deja, mūsų netobulame pasaulyje yra labai mažai žmonių, kurie nežino, kas yra injekcija, dar vadinama „injekcija“. Toks skausmingas, bet efektyvus gydymas taip pat pagrįstas difuzijos fenomenu.
Aplinkos tarša: dirvožemis, oras, vandens telkiniai taip pat yra difuzijos gamtoje pavyzdžiai.
Mėlyname danguje tirpstantys balti debesys, taip mylimi visų laikų poetų – ji taip pat yra sklaida, kurią žino kiekvienas vidurinės ir vidurinės mokyklos mokinys!
Taigi, difuzija yra kažkas, be kurio mūsų gyvenimas būtų ne tik sunkesnis, bet ir beveik neįmanomas.
Nepaisant to, kad kietam kūnui būdingas tvarkingas atomų išsidėstymas kristalinėje gardelėje, jame galimas ir atomų judėjimas. Šiluminiai judesiai, kurie daugiausia turi mažų virpesių pobūdį, kai kuriais atvejais lemia tai, kad atomai visiškai palieka savo vietas grotelėje. Tokių atomų skilimų galimybę liudija jau tai, kad kietosios medžiagos gali išgaruoti. Tiesa, kad garuojant atomai atsiskiria paviršiniame sluoksnyje, tačiau nėra pagrindo teigti, kad toks atsiskyrimas neįmanomas ir kūno viduje.
Dėl to, kad atomai palieka savo vietas gardelės vietose, kristaluose atsiranda tam tikrų defektų, tokių kaip Šotkio ir Frenkelio tipo defektai. Difuzija kietose medžiagose taip pat yra susijusi su šiais atomų skilimais ir tolesniu jų judėjimu kristale.
Kaip ir dujose, dalelės kietose medžiagose turi skirtingą šiluminio judėjimo energiją. Ir bet kurioje temperatūroje yra tam tikra dalis atomų, kurių energija smarkiai viršija vidutinę ir yra pakankamai didelė, kad jie galėtų palikti savo vietą grotelėje ir pereiti į naują padėtį. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo daugiau tokių atomų, todėl difuzijos koeficientas sparčiai didėja didėjant temperatūrai (pagal eksponentinį dėsnį). Bet kadangi atomų, turinčių pakankamai didelę energiją, skaičius visada yra mažas (jei temperatūra yra daug žemesnė nei lydymosi temperatūra), difuzijos procesas kietoje medžiagoje yra dar lėtesnis nei dujose ir skysčiuose. Pavyzdžiui, vario difuzijos koeficientas į auksą ties
300 °C yra lygus Palyginimui, atkreipiame dėmesį, kad difuzijos metu vandeniniam metilo alkoholio tirpalui į vandenį a vyksta argono difuzija į helią, tačiau difuzija kietose medžiagose vaidina svarbų vaidmenį daugelyje procesų. Jis stebimas tiek vienkomponentėse (šiuo atveju jie kalba apie savaiminę difuziją), tiek daugiakomponentėse medžiagose, viename ir polikristaluose.
Patirtis (ypač tyrimai, naudojant vadinamuosius žymėtus atomus) rodo, kad difuzija kietosiose medžiagose daugiausia vykdoma šiais trimis būdais:
1. Gretimi gardelės atomai keičiasi vietomis grotelėje, kaip parodyta pav. 198. Šis pasikeitimas gali atsirasti, pavyzdžiui, dėl jame dalyvaujančių atomų poros sukimosi aplink vidurio tašką.
2. Atomas, esantis „savoje“ vietoje gardelės vietoje, iš jos išeina ir nusėda tarpuose, o paskui migruoja į tarpus (199 pav.).
3. Atomai juda iš gardelių vietų į neužimtas vietas, vadinamąsias laisvas vietas (200 pav.). Šis paskutinis procesas įmanomas tik su defektais, nes laisvos darbo vietos, žinoma, yra kristalų defektai. Akivaizdu, kad atomų perėjimas į laisvas vietas prilygsta pačių laisvų vietų poslinkiui priešinga atomų judėjimo krypčiai.
Paskutinis difuzijos mechanizmas, matyt, atlieka svarbiausią vaidmenį. Norint jį įgyvendinti kietajame kūne, turi būti laisvų vietų tankio gradientas, kad atomai (taigi ir laisvos vietos) dažniau judėtų viena kryptimi nei kita. Polikristaluose svarbų vaidmenį atlieka laisvų vietų užpildymas kristalų (grūdelių) ribose. Matyt, kuriant laisvas darbo vietas, be kurių difuzija neįmanoma, dislokacijos vaidina svarbų vaidmenį.
Atliekant eksperimentinį difuzijos kietosiose medžiagose tyrimą, tiriamos medžiagos patikimai kontaktuojamos viena su kita ir po to ilgai laikomos vienoje ar kitoje eksperimento temperatūroje. Po tokio poveikio iš eilės pašalinami ploni sluoksniai, statmeni difuzijos krypčiai, ir tiriamos išsklaidytų medžiagų koncentracijos priklausomai nuo atstumo iki kontaktinio taško.
Pastaruoju metu plačiai naudojamos dirbtinės radioaktyviosios medžiagos, kurių buvimą nesunkiai nustato jų spinduliuotė.
Šis metodas (žymėtų atomų metodas) leidžia ištirti ir savaiminės difuzijos reiškinį, t.y. paties šio kūno atomų difuziją kietame kūne.
Bendrasis difuzijos dėsnis kietose medžiagose yra toks pat kaip ir dujose bei skysčiuose. Tai Ficko dėsnis, kurį jau ne kartą minėjome.
Kalbant apie difuzijos koeficientą, jo išraišką galima gauti remiantis svarstymais, panašiais į pateiktus 318 puslapyje, susijusius su difuzijos skysčiuose klausimu. Galų gale, difuziją kietoje medžiagoje taip pat atlieka atomų šuoliai iš jų pusiausvyros padėčių kristalinės gardelės mazguose. Tačiau dabar apie šuolio atstumą galime gana tvirtai pasakyti, kad jis lygus gardelės konstantai a.
Tačiau reikia turėti omenyje, kad pagal laisvos vietos difuzijos mechanizmą atomas iš gardelės vietos gali šoktelėti tik tuo atveju, jei kaimyninė vieta yra tuščia, jei tai yra laisva vieta, kaip parodyta Fig. 200. Tačiau net ir esant tokiai kaimynystei atomui reikia papildomos energijos, kad įvyktų šuolis į laisvą vietą. Juk gardelės vietoje atomo potencinė energija yra minimali. Todėl bet koks atomo poslinkis iš vietos, įskaitant perkėlimą į gretimą laisvą vietą, reikalauja papildomos energijos, kurią jis gali gauti su tam tikra tikimybe dėl svyravimų. Šią tikimybę, kaip visada, lemia Boltzmanno dėsnis:
Čia yra energija, reikalinga šuoliui iš gardelės vietos, energija, perkelianti atomą į laisvą vietą.
Remiantis 318 puslapyje pateiktais samprotavimais, savaiminio difuzijos koeficientas kietajame kūne gali būti parašytas taip:
kur a yra gardelės konstanta ir vidutinė atomo buvimo gardelės vietoje laikas. Akivaizdu, kad šis laikas kuo trumpesnis, tuo didesnė tikimybė, kad šalia atomo susidarys laisva vieta ir tuo didesnė tikimybė
319 puslapyje matėme, kad laisvos vietos susidarymo tikimybė yra Dabar matome, kad tikimybė, kad atomas gauna energiją, yra Todėl difuzijos koeficiento išraišką galima parašyti taip:
Daugiklis (vadinamasis ikieksponentinis daugiklis) yra pastovi tam tikros medžiagos charakteristika. Reikšmė, lygi laisvos vietos susidarymo energijos ir atomo perkėlimo į laisvą vietą energijos sumai, vadinama difuzijos aktyvacijos energija ir taip pat yra medžiagai būdinga vertė.
Kietosiose medžiagose difuzijos koeficientas yra labai mažas. Auksui, pvz., kambario temperaturoje, jis yra dydzio eiles Net prie aukso lydymosi taško jis pasiekia reikšmę tik per Tai parodo, kaip stipriai difuzijos koeficientas priklauso nuo temperatūros. 1
Kietųjų medžiagų difuzijos koeficiento mažumas paaiškinamas tuo, kad tam, kad įvyktų atomo difuzinis šuolis į laisvą vietą, reikia, kad du, paprastai kalbant, mažai tikėtini įvykiai įvyktų beveik vienu metu: kad susidarytų laisva vieta. šalia atomo ir kad pats atomas gautų energiją dėl svyravimų, kurios pakanka šuoliui.
Taikant kitus difuzijos mechanizmus, kai vienoms medžiagoms difuzijos būdu į kitas, difuzijos koeficientas skaičiuojamas skirtingai. Skaitytojas apie tai sužinos specialiuose kursuose. Bet visais atvejais difuzijos koeficientai yra maži absoliučia verte. Taigi, pavyzdžiui, sieros difuzijos koeficientas geležyje, net esant artimai temperatūrai, yra apytikslis. Tačiau nepaisant to, kad difuzijos koeficientai kietosiose medžiagose yra maži, difuzijos vaidmuo kietose medžiagose yra labai didelis. Būtent difuzija užtikrina tokius reiškinius ir procesus kietose medžiagose kaip atkaitinimas, siekiant pašalinti lydinių nehomogeniškumą, dalių paviršių prisotinimas anglimi, azotu ir kt., miltelių sukepinimas ir kiti metalo apdirbimo procesai.
Difuzija dujose, skysčiuose ir kietose medžiagose Parengė: 10 „a“ mokinys Koryakina Anastasija Mokytojas: Malysheva V.I. MKOU „Vidurinė mokykla Nr. 1 poz. šiltas »
Darbo tikslas Išsiaiškinti kas yra difuzija Kaip ji veikia aplinką Sužinokite apie difuziją dujose ir skysčiuose Kokia difuzijos nauda ir žala
Medžiagos dalelių judėjimas Mažiausios bet kurios medžiagos dalelės, nesvarbu, ar tai būtų dujos, skystos ar kietos, nuolatos atsitiktinai juda. Be to, kuo greičiau juda dalelės, tuo aukštesnė medžiagos temperatūra. Šios prielaidos teisingumą patvirtina daugybė reiškinių. Viena iš jų yra difuzija – reiškinys, kai medžiagos susimaišo pačios.
Difuzija skysčiuose Skysčiuose difuzija vyksta lėčiau nei dujose, bet jei šildysime vandenį, difuzijos procesas paspartės. Gėlo vandens maišymas su sūriu vandeniu grindžiamas difuzijos principu, kai upės patenka į jūrą.
Difuzija taip pat naudojama konservuojant
Difuzija dujose Dujose difuzija vyksta greičiau nei skysčiuose, nes atstumas tarp dujų molekulių pastebimai didesnis, o jų molekulės gali judėti laisviau.
Difuzijos dujose pavyzdys – kvapų sklidimas ore, tačiau kvapas pasklinda ne akimirksniu, o po kurio laiko. Taip atsitinka todėl, kad kvapiosios medžiagos molekulių judėjimas tam tikra kryptimi trukdo judėti oro molekulėms.
Medžiai difuzijos būdu išskiria deguonį ir sugeria anglies dioksidą. Mėsėdžiai grobį taip pat randa difuzijos būdu. Dėl difuzijos gali išsilyginti kambario temperatūra. Dėl difuzijos reiškinio apatinis atmosferos sluoksnis – troposfera – susideda iš dujų mišinio: azoto, deguonies, anglies dioksido ir vandens garų. Nesant difuzijos, veikiant gravitacijai atsirastų stratifikacija: apačioje būtų sunkiojo anglies dioksido sluoksnis, virš jo deguonis, virš azoto, inertinės dujos.
Difuzija dujose Dujos. Štai kokiu atstumu dujų molekulės yra viena nuo kitos.
Difuzija skysčiuose Skysčiai. Šiuo atstumu skysčio molekulės yra viena nuo kitos.
Difuzija kietosiose medžiagose Kietosios medžiagos. Molekulių atstumas tarp kietųjų medžiagų.
Difuzijos žala Dėl difuzijos reiškinio oras užterštas įvairių gamyklų atliekomis, dėl kurių kenksmingos žmonių atliekos prasiskverbia į dirvožemį, į vandenį, o vėliau daro žalingą poveikį gyvūnų ir augalų gyvenimui ir funkcionavimui. .
Sklaidos žala Deja, dėl žmogaus civilizacijos vystymosi atsiranda neigiamas poveikis gamtai ir joje vykstantiems procesams. Difuzijos procesas atlieka svarbų vaidmenį upių, jūrų ir vandenynų taršoje. Kai kurie medicininiai tyrimai parodė ryšį tarp kvėpavimo sistemos ir viršutinių kvėpavimo takų dažnio bei oro būklės.
Išvada Difuzija gamtoje turi didelę reikšmę, tačiau šis reiškinys yra žalingas ir aplinkos taršos atžvilgiu.