Личный кабинет Выйти Войти Регистрация
Уроки
Математика Алгебра Геометрия Физика Всеобщая история Русский язык Английский язык География Биология Обществознание История России ОГЭ
Тренажёры
Математика ЕГЭ Тренажёры для мозга

Диффузия

Содержание

    Моделью вещества, состоящего из постоянно движущихся молекул, объясняются некоторые физические явления. Например, диффузия.

    При этом явлении происходит проникновение молекул одного вещества между молекулами другого. Логично предположить, что в разных веществах это явление будет происходить тоже по-разному. На данном уроке мы рассмотрим диффузию в различных веществах, дадим определение этому процессу и узнаем, от чего он зависит.

    Диффузия в газах

    Начнем с газообразных тел. Представьте, что вы сидите за уроками в своей комнате и вдруг почувствовали вкусный запах с кухни. Почему это произошло? Блюдо, которое готовится к обеду, состоит из большого числа молекул, которые все время движутся и сталкиваются: мясо, масло, специи.

    При нагревании отдельные молекулы отделились от остальных, смешавшись с молекулами воздуха и стали перемещаться по квартире. Это явление уже упоминавшейся диффузии — взаимное проникновение молекул разных веществ.

    Диффузия может происходить в жидкостях и даже в твердых телах, но только значительно медленнее.

    Другой вопрос: почему же запахи не доносятся до нас мгновенно? Мы уже упоминали о беспрерывном и хаотичном движении молекул воздуха. таким образом, молекулы постоянно сталкиваются, меняют свое направление, и беспорядочно перемещаясь, разлетаются по помещению.

    Диффузия в жидкостях

    Как протекает диффузия в жидкости?
    Рассмотрим опыт, который покажет нам, что молекулы, из которых состоят тела, находятся в беспорядочном движении и в жидких телах (рисунок 1).

    Иллюстрация опыта с водой и медным купоросом.
    Рисунок 1. Иллюстрация опыта с водой и медным купоросом

    Для начала нальем в стакан раствор медного купороса темно-голубого цвета (часто используется как бытовой антисептик). Затем аккуратно нальем в этот же стакан воды.

    Вначале между жидкостями будет видна резкая граница, но со временем она будет размываться. Через 2-3 недели граница исчезнет совсем: процесс диффузии завершится.

    Если рассмотреть данный процесс на молекулярном уровне (рисунок 2), то прекрасно видно, что молекулы воды и медного купороса на границе раздела этих двух жидкостей начинают меняться местами, а со временем жидкость в стакане и вовсе станет однородной.

    Рисунок 13. Диффузия в жидкостях (раствор медного купороса и вода).
    Рисунок 2. Диффузия в жидкостях (раствор медного купороса и вода)

    Диффузия в твердых телах

    В твердых телах также происходит диффузия, но только значительнее медленнее. Например, при комнатной температуре около $20 \space C \degree$ золото и свинец взаимно проникнут друг в друга на расстояние около 1 мм только через 4-5 лет (рисунок 3).

    Диффузия в твердых телах (золото и свинец).
    Рисунок 3. Диффузия в твердых телах (золото и свинец)

    Определение диффузии

    Так что такое диффузия? Дадим определение.

    Диффузия — это явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого.

    Как мы уже говорили, явление диффузии объясняется непрерывным хаотичным движением молекул, в процессе которого молекулы одного вещества проникают в межмолекулярные промежутки другого.

    Процесс диффузии напрямую зависит от температуры, так как с увеличением температуры увеличивается скорость движения молекул.

    Примеры диффузии в природе, быту и технике

    Процесс диффузии окружает нас как в повседневной жизни, так и в природе. Зачем мы завариваем чай в кипятке, ведь потом нужно ждать, пока он остынет? Почему не разогреть воду только до комфортной температуры?

    Ответ — чтобы ускорить процесс диффузии. В кипятке диффузия между молекулами чая, сахара и воды будет происходить намного быстрее, и чай заварится быстрее и лучше.

    Диффузия широко используется в промышленности. Например, в технике при сварке деталей, склеивании.

    В природе благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха рядом с поверхностью Земли, а диффузия солей в почве позволяет растениям получать нормальное питание.

    Задания

    Задание №1

    Налейте в один стакан холодной воды, в другой — теплой. Опустите в каждый из них несколько кристалликов марганцовки. Объясните наблюдаемое явление.

    Марганцовка начнет растворяться в обоих стаканах. Вода будет постепенно окрашиваться — будет идти процесс диффузии.

    В стакане с теплой водой, кристаллики марганцовки растворятся быстрее, чем в стакане с холодной водой. Это объясняется тем, что скорость протекания диффузии зависит от температуры. Чем выше температура, тем больше скорость молекул — тем быстрее проходит диффузия (рисунок 4).

    Рисунок 4. Диффузия в теплой и холодной воде

    Задание №2

    Пользуясь рисунком 2, объясните процесс диффузии в жидкостях.

    Сначала мы видим четкую границу между двумя жидкостями (между их молекулами). Постепенно эта граница начинает размываться. Идет процесс диффузии. Молекулы воды постепенно проникают между молекулами медного купороса, а молекулы медного купороса проникают между молекулами воды. В конце концов, обе жидкости смешаются. Процесс диффузии завершится и мы получим однородную жидкость (раствор медного купороса).

    Задание №3

    Если у вас дома имеется комнатное растение, проведите его подкормку путем опрыскивания кроны питательным раствором. Пронаблюдайте, как булет развиваться растение. Объясните, на каком явлении основан такой способ подкормки.

    Такой тип подкормки (листовая подкормка) способствует более активному росту комнатных растений. Такой способ поддержать рост растения возможен благодаря диффузии. В данном случае диффузия будет происходить между питательными веществами подкормки и поверхностью листьев растения.

    Задание №4

    Налейте в стакан воды и поставьте его в кастрюлю с теплой водой на плиту, поддерживая температуру $50-60 \degree C$. Насыпьте в стакан соль и размешайте. После того, как соль растворится , досыпьте ее вновь. И так до тех пор, пока не получите насыщенный раствор (то есть соль не будет растворяться). Теперь раствор перелейте в другую емкость, чтобы избавиться от излишков соли на дне. Возьмите самый крупный кристаллик соли, подвесьте его на ниточку и опустите в соляной раствор. Через несколько дней вы увидите, как кристаллик начнет увеличиваться в размере. На каком явлении основан рост кристаллика?

    Дело в том, что при понижении температуры растворимость веществ уменьшается. То есть, если бы мы попытались растворить такое же количество соли в холодной воде, то у нас просто бы не получилось это сделать.

    Почему же при охлаждении такого раствора соль оседает на подвешенном кристаллике соли, а не выпадает на дно в виде осадка? Причина такого поведения вещества в строении самих молекул соли. Они имеют не шарообразную форму, и они не симметричные. Поэтому они не могут состыковаться друг с другом в любом положении, а только в определенном. Подвешенный кристаллик соли называют центром кристаллизации. Вокруг него и выстраиваются ровными рядами другие молекулы соли из раствора — образуется кристалл.

    Так на каком явлении основан рост кристаллика соли? Вышеописанные процессы соответствуют процессу, который противоположен диффузии. Это обратная диффузия.

    5
    5
    5Количество опыта, полученного за урок

    Оценить урок

    Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

    Комментарии

    Получить ещё подсказку

    Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

    Верно! Посмотрите пошаговое решение