Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах

|

Физика

Вы когда-нибудь задавались вопросом: благодаря чему мы ощущаем приятные запахи, почему растворяется сахар в чае, каким образом происходит загрязнение воздуха и атмосферы? На все эти вопросы нам поможет ответить понятие "Диффузия".
Диффузия - это процесс проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества. Основная причина диффузии: постоянное движение молекул. Возникает диффузия из-за стремления к равновесию.

Диффузия происходит в трех средах: в газах, в жидкостях, в твердых телах.
Диффузия в газах происходит быстрее всего, она занимает всего несколько секунд или минут. Диффузия в жидкостях может занимать от нескольких минут до нескольких часов. Диффузия в твердых телах протекает с течением нескольких лет. Но эти процессы можно ускорять с помощью повышения температуры или при внешнем воздействии.

Явление диффузии есть в каждой аспекте нашей жизни: питание, дыхание животных и растений. Также явление диффузии несет в себе и разрушающий для аспект: загрязнение природы.
Содержание
Валерия Животикова
Курирую урок, все предложения пишите в комментариях под уроком или личным сообщением
Хотите делать уроки с нами?
Вводное тестирование
Проверь готовность к уроку
Начать тест
Открытие броуновского движения показало, что
Далее
Проверить
Показать результаты
В каких телах наблюдается беспорядочное движение молекул?
Далее
Проверить
Показать результаты
Хм...
Ты еще не готов к этому уроку
Заново
Молодец
Начинай изучать урок
Заново
Отлично
Полный вперёд!
Заново

Что такое диффузия?

Проникновение молекул
Так что же такое диффузия? Диффузия - это процесс проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества. Если говорить простым языком - это смешивание. Во время этого смешивания происходит взаимное проникновение молекул вещества между друг другом. Основная причина диффузии заключается в постоянном движении молекул.
При приготовлении какао, молекулы растворимого какао проникают в молекулы воды и наоборот.
Возникает из-за стремления к равновесию
Основная причина диффузии - постоянное движении молекул. В веществе есть области с высокой и низкой концентрацией частиц, поэтому они постоянно движутся из области с большой концентрацией к области, где концентрация частиц меньше. Это явление обусловлено стремлением к равновесию. Так как, частицы постоянно сталкиваются во время движения - происходит взаимное проникновение друг в друга.
Происходит в разных средах
В каждом агрегатном состоянии молекулы движутся с определённой скоростью. Диффузия может протекать в следующих агрегатных состояниях: газ, жидкость, твёрдое тело.
Ускоряется при повышении температуры
Чем выше температура вещества, тем быстрее движутся молекулы. Следовательно, процесс смешивания происходит быстрее при высоких температурах.
Ускоряется при внешнем воздействии
Протекание диффузии можно ускорить. Этим активно пользуется человек в бытовых и промышленных целях. Для того, чтобы два твердых металла превратить в сплав, человек воздействует на металлы внешне - применяя высокие температуры. Также для того, чтобы сахар быстрее растворился в воде, мы его размешиваем, тем самым совершая внешнее воздействие.
Проверь себя
Диффузия - это...
Далее
Проверить
Показать результаты
Явление диффузии стремится к…
Далее
Проверить
Показать результаты
Диффузия ускоряется при:
Далее
Проверить
Показать результаты
Кто описал диффузию:
Далее
Проверить
Показать результаты
Если засыпать заварку в два стакана, один стакан залить горячей водой, другой - холодной. В каком случае цвет чая будет насыщенней, почему?
Далее
Проверить
Показать результаты
Надо еще позаниматься
Заново
Молодец, двигайся дальше
Заново
От Древней Греции до Адольфа Фика
Уже в глубокой древности, за 2500 тыс. лет до нашего времени, зародилось представление, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших частиц, недоступных непосредственному наблюдению. О наличии в природе явления диффузии предполагали еще в Древней Греции и Древнем Риме. Свои предположения выдвигали такие философы и ученые, как Фалес Милетский, Анаксимен, Демокрит и др. Конечно, их высказывания были еще далеки от истины. Но спустя время, благодаря открытию броуновского движения, в дальнейшем удалось описать явление диффузии. Описал диффузию немецкий физик и физиолог Адольф Ойген Фик. В 1855 году он описал явление диффузии и представил закон диффузии Фика.
Адольф Фик
Адольф Фик

Диффузия в газах

Вы, наверняка, замечали, что различные запахи распространяются по воздуху очень быстро. А все потому, что процесс смешивания частиц в газах самый быстрый.
Частицы газа далеко удалены друг от друга. Между ними существуют большие промежутки. Сквозь эти промежутки легко перемещаются частицы другого вещества. Поэтому диффузия в газах протекает быстро.
Проведите эксперимент
Цель:
убедиться в том, что диффузия в газах протекает быстро и зависит от температуры

Оборудование:
секундомер, освежитель воздуха или парфюм, термометр

Процесс:
Замерьте температуру воздуха в помещении. Распылите освежитель воздуха в одном углу, встаньте в другой и включите секундомер. Как только почувствуете аромат освежителя - выключите секундомер. Запишите результат в тетрадь.

Теперь проветрите помещение примерно до 17-18 градусов по Цельсию. Проделайте все то же самое.

Время, через которое до вас дошел запах, будет отличен. Во втором случае аромат будет распространяться медленнее.

Выводы:
Во-первых, вы поймете насколько быстро происходит диффузия в газах.
Во-вторых, поймете, что диффузия происходит быстрее, когда выше температура газов.
Проверь себя
Процесс диффузии в газах:
Далее
Проверить
Показать результаты
Почему диффузия в газах протекает именно так?
Далее
Проверить
Показать результаты
Примером диффузии в газах может служить:
Далее
Проверить
Показать результаты
Надо еще позаниматься
Заново
Молодец, двигайся дальше
Заново

Диффузия в жидкости

Если диффузия в газах происходит быстро, чаще всего за считанные секунды, то диффузия в жидкостях занимает целые минуты, а иногда даже часы. Зачастую это зависит от температуры и плотности вещества.
Частицы в жидкости расположены так, что расстояние между соседними частицами меньше их размеров.
Примерами диффузии в жидкостях могут служить: смешивание воды и марганцовки, смешивание двух цветов красок.
Проведите эксперимент
Цель:
понять как протекает диффузия в жидкостях и как зависит от температуры

Оборудование:
стакан с холодной водой, раствор «зеленки», тарелка с горячей водой, пипетка, секундомер

Процесс:
В начале в стакан с холодной водой капаем каплю зеленки и засекаем время за которое она растворится в воде до однородного цвета. Записываем результат.

Затем проделываем все то же самое, но уже ставим стакан в тарелку с горячей водой. Сравниваем результаты. Видим, что в тарелке с горячей водой диффузия частиц воды и зеленки протекал гораздо быстрее.

Выводы:
Температура влияет на протекание диффузии в жидкости. Чем выше температура, тем быстрее протекает диффузия.
Проверь себя
Процесс диффузии в жидкостях:
Далее
Проверить
Показать результаты
Почему диффузия в жидкостях протекает именно так?
Далее
Проверить
Показать результаты
Примером диффузии в жидкостях может служить:
Далее
Проверить
Показать результаты
Надо еще позаниматься
Заново
Молодец, двигайся дальше
Заново

Диффузия в твердых телах

Диффузия в твердых телах протекает очень медленно (несколько лет) из-за большой плотности твердых тел.
Промежутки между частицами очень маленькие, поэтому другим веществам трудно проникнуть между ними.
В твердых телах диффузия протекает очень медленно, при обычной комнатной или уличной температуре она незаметна.
Обычно в качестве примера диффузии в твердых телах приводится опыт со свинцовой и золотой пластинками. Данный эксперимент показал, что только по прошествии пяти лет в свинец проникло малое количество золота, а свинец проник в золото на глубину не более одного миллиметра. Такое различие обусловлено тем, что плотность свинца намного выше плотности золота.
Можно ускорить процесс диффузии твердых тел, например, воздействием на них высоких температур.
Если на тонкий свинцовый цилиндр нанести очень тонкий слой золота, после чего эту конструкцию поместить в печь на 10 дней при температуре воздуха в печи 200 градусов Цельсия, то после разрезания цилиндра на тонкие диски, очень хорошо видно, что свинец проник в золото и наоборот.

Для того, чтобы выковать, к примеру, меч, потребуются сталь и различные металлы. Чтобы соединить сталь и металл, используют воздействие высоких температур. Плавление стали происходит при температуре 1000° и более.

Также применение сплавов широко используется в строительстве, машиностроении и промышленности.
Проведите эксперимент
Цель:
понять как протекает диффузия в твердых телах и как зависит от внешнего воздействия

Оборудование:
пластилин

Процесс:
Простой и доступный каждому пример диффузии твердых тел: если взять два куска пластилина разных цветов и разминать их в руках, то можно наблюдать, как смешиваются цвета. Это происходит из-за внешнего воздействия на пластилин. Если внешнего воздействия не совершать и просто прижать два куска пластилина друг к другу, то для того, чтобы цвета перемешались - потребуются годы.
Проверь себя
Процесс диффузии в твердых телах:
Далее
Проверить
Показать результаты
Почему диффузия в твердых телах протекает именно так?
Далее
Проверить
Показать результаты
Примером диффузии в твердых телах может служить:
Далее
Проверить
Показать результаты
Надо еще позаниматься
Заново
Молодец, двигайся дальше
Заново

Диффузия в окружающем мире

Дыхание и питание человека
Кислород из воздуха проникает в капилляры крови, расположенные в легких, после этого растворяется в них и разносится по всему организму. В свою очередь углекислый газ диффундирует из капилляров в альвеолы легких.

Питательные вещества, выделяемые из пищи путем диффузии проникают в клетки.
Питание растений
Удобрение почв тоже происходят с помощью диффузии. Благодаря использованию определённых химических средств или компоста почва становится более плодородной. Почему так происходит? Суть в том, что молекулы удобрения диффундируют с молекулами почвы. После чего процесс диффузии происходит между молекулами почвы и корня растения. Благодаря этому сезон будет более урожайным.
Природная «навигация»
Муравьи помечают свой путь капельками пахучей жидкости, они прижимаются брюшком к земле и передают ей свой запах. Некоторые муравьи не всегда бегут точно по намеченному пути, а сбоку от трассы, потому что запах достаточно силен. Потеряв след, они кругами вновь находят «дорогу» и спешат по ней. Муравьиные трассы бывают длиной несколько метров.

Благодаря диффузии, насекомые находят себе пищу. Бабочки, порхая меж растений, всегда находят дорогу к красивому цветку. Пчелы, обнаружив сладкий объект, штурмуют его своим роем.

Плотоядные животные находят своих жертв тоже благодаря диффузии. Акулы чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров, также как и рыбы пираньи.
Загрязнение природы
Диффузия помимо пользы дает человеку и огромный вред. Дымовые трубы предприятий выбрасывают в атмосферу углекислый газ, оксиды азота и серы. Избыток углекислого газа в атмосфере опасен для живого мира Земли, нарушает круговорот углерода в природе, приводит к образованию кислотных дождей.

Процесс диффузии играет большую роль в загрязнении рек, морей и океанов. Годовой сброс производственных и бытовых стоков в мире равен примерно 10 триллионов тонн. Загрязнение водоемов приводит к тому, что в них исчезает жизнь, а воду, используемую для питья, приходится очищать, что очень дорого. Кроме того, в загрязненной воде происходят химические реакции с выделением тепла. Температура воды повышается, при этом снижается содержание кислорода в воде, что плохо для водных организмов. Из-за повышения температуры воды многие реки теперь зимой не замерзают.
Норильск признан самым загрязненным городом Красноярского края. Фото Александр Страх
Пылающая нефтяная платформа в Мексиканском заливе.
Фото US Coast Guard | Reuters

Резюме

Диффузия - фундаментальное явление природы, поэтому так важно изучать и понимать это явление. Без диффузии не существовало бы Вселенной, планет, Земли, всего живого.

Кратко о диффузии

1
Диффузия - это процесс проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества.
2
Явление диффузии обусловлено стремлением к равновесию.
3
Скорость диффузии зависит от следующих факторов: температура, агрегатное состояние вещества, внешнее воздействие.
4
Процесс смешивания частиц в газах протекает очень быстро (несколько секунд), т.к. между частицами газа существуют большие промежутки.
5
Процесс смешивания частиц в жидкостях протекает медленнее, чем в газах(от нескольких минут до нескольких часов). Это обусловлено тем, что частицы в жидкости расположены так, что расстояние между соседними частицами меньше их размеров.
6
Диффузия в твердых телах протекает очень медленно(несколько лет) из-за большой плотности твердых тел.
Выходное тестирование
Проверь как изучил урок
Начать тест
Что такое диффузия?
Далее
Проверить
Показать результаты
В каких веществах происходит диффузия?
Далее
Проверить
Показать результаты
С одинаковой ли скоростью движутся молекулы в горячей и холодной воде?
Далее
Проверить
Показать результаты
Для того чтобы свежие огурцы быстрее засолились их заливают горячим рассолом. Почему засолка огурцов в горячем рассоле протекает быстрее?
Далее
Проверить
Показать результаты
В каких телах диффузия протекает быстрее?
Далее
Проверить
Показать результаты
Какой важный вывод можно сделать из явления диффузии о строении вещества?
Далее
Проверить
Показать результаты
Диффузия происходит в течение нескольких лет в
Далее
Проверить
Показать результаты
Чем объясняется распространение в воздухе запаха ароматизированной свечи.
Далее
Проверить
Показать результаты
Хм...
Ты еще не готов к этому уроку
Заново
Молодец
Начинай изучать урок
Заново

Урок разработали

Можно копировать, распространять, улучшать, при условии указания авторства, ссылки на урок и сохранения данной лицензии у производного материала
Под свободной лицензией
CC-BY-SA-4.0
АВТОР
РЕДАКТУРА
ОФОРМЛЕНИЕ
ИСПОЛЬЗОВАЛИ

Помогите улучшить

Мы рады любой помощи по улучшению урока. Пишите комментарии с предложениями, отмечайте понятные или непонятные элементы урока.
Made on
Tilda