Диффузия в твердых жидких и газообразных веществах. Диффузия

О таком понятии, как диффузия, слышали абсолютно все люди. Это было одной из тем на уроках физики в 7 классе. Несмотря на то что это явление окружает нас абсолютно везде, мало кто знает о нём. Что же оно всё-таки означает? В чём заключается его физический смысл , и как можно облегчить жизнь с её помощью? Сегодня мы с вами об этом и поговорим.

Диффузия в физике: определение

Это - процесс проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества. Говоря простым языком, этот процесс можно назвать смешиванием. Во время этого смешивания происходит взаимное проникновение молекул вещества друг между другом . Например, при приготовлении кофе молекулы растворимого кофе проникают в молекулы воды и наоборот.

Скорость этого физического процесса зависит от следующих факторов:

Температура.
Агрегатное состояние вещества.
Внешнее воздействие.

Чем выше температура вещества, тем быстрее движутся молекулы. Следовательно, процесс смешивания происходит быстрее при высоких температурах.

Агрегатное состояние вещества - важнейший фактор . В каждом агрегатном состоянии молекулы движутся с определённой скоростью.

Диффузия может протекать в следующих агрегатных состояниях:

Жидкость.
Твёрдое тело.

Скорее всего, у читателя сейчас возникнут следующие вопросы:

Каковы причины возникновения диффузии?
Где она протекает быстрее?
Как она применяется в реальной жизни?

Ответы на них можно узнать ниже.

Причины возникновения

Абсолютно у всего в этом мире есть своя причина. И диффузия не является исключением . Физики прекрасно понимают причины её возникновения. А как донести их до обычного человека?

Наверняка каждый слышал о том, что молекулы находятся в постоянном движении. Причём это движение является беспорядочным и хаотичным, а его скорость очень большая. Благодаря этому движению и постоянному столкновению молекул происходит их взаимное проникновение.

Есть ли какие-то доказательства этого движения? Конечно! Вспомните, как быстро вы начинали чувствовать запах духов или дезодоранта? А запах еды, которую готовит ваша мама на кухне? Вспомните, как быстро готовится чай или кофе . Всего этого не могло быть, если бы не движение молекул. Делаем вывод - основная причина диффузии заключается в постоянном движении молекул.

Теперь остаётся только один вопрос - чем же обусловлено это движение? Оно обусловлено стремлением к равновесию. То есть, в веществе есть области с высокой и низкой концентрацией этих частиц. И благодаря этому стремлению они постоянно движутся из области с высокой концентрацией в низкоконцентрированную. Они постоянно сталкиваются друг с другом , и происходит взаимное проникновение.

Диффузия в газах

Процесс смешивания частиц в газах самый быстрый. Он может происходить как между однородными газами, так и между газами с разной концентрацией.

Яркие примеры из жизни:

Вы чувствуете запах освежителя воздуха благодаря диффузии.
Вы чувствуете запах приготовленной пищи. Заметьте, его вы начинаете чувствовать сразу, а запах освежителя через несколько секунд. Это объясняется тем, что при высокой температуре скорость движения молекул больше.
Слезы, возникающие у вас при нарезании лука. Молекулы лука смешиваются с молекулами воздуха, и ваши глаза на это реагируют.

Как протекает диффузия в жидкостях

Диффузия в жидкостях протекает медленнее. Она может длиться от нескольких минут до нескольких часов.

Самый яркие примеры из жизни:

Приготовление чая или кофе.
Смешивание воды и марганцовки.
Приготовление раствора соли или соды.

В этих случаях диффузия протекает очень быстро (до 10 минут). Однако если к процессу будет приложено внешнее воздействие, например, размешивание этих растворов ложкой, то процесс пойдёт гораздо быстрее и займёт не более одной минуты.

Диффузия при смешивании более густых жидкостей будет происходить гораздо дольше. Например, смешивание двух жидких металлов может занимать несколько часов. Конечно, можно сделать это за несколько минут, но в таком случае получится некачественный сплав .

Например, диффузия при смешивании майонеза и сметаны будет протекать очень долго. Однако, если прибегнуть к помощи внешнего воздействия, то этот процесс и минуты не займёт.

Диффузия в твёрдых телах: примеры

В твёрдых телах взаимное проникновение частиц протекает очень медленно. Этот процесс может занять несколько лет. Его длительность зависит от состава вещества и структуры его кристаллической решётки.

Опыты, доказывающие, что диффузия в твёрдых телах существует.

Слипание двух пластин разных металлов. Если держать эти две пластины плотно друг к другу и под прессом, в течение пяти лети между ними будет слой, имеющий ширину 1 миллиметр. В этом небольшом слое будут находиться молекулы обоих металлов. Эти две пластины будут слиты воедино.
На тонкий свинцовый цилиндр наносится очень тонкий слой золота. После чего эта конструкция помещается в печь на 10 дней. Температура воздуха в печи - 200 градусов Цельсия. После того как этот цилиндр разрезали на тонкие диски, было очень хорошо видно, что свинец проник в золото и наоборот.

Примеры диффузии в окружающем мире

Как вы уже поняли, чем тверже среда, тем меньше скорость смешивания молекул. Теперь давайте поговорим о том, где в реальной жизни можно получить практическую пользу от этого физического явления.

Процесс диффузии происходит в нашей жизни постоянно. Даже когда мы лежим на кровати, очень тонкий слой нашей кожи остаётся на поверхности простыни. А также в неё впитывается пот. Именно из-за этого постель становится грязной, и её необходимо менять.

Так, проявление этого процесса в быту может быть следующим:

При намазывании масла на хлеб оно в него впитывается.
При засолке огурцов соль сначала диффундирует с водой, после чего солёная вода начинает диффундировать с огурцами. В результате чего мы получаем вкуснейшую закуску. Банки необходимо закатывать. Это нужно для того, чтобы вода не испарялась. А точнее, молекулы воды не должны диффундировать с молекулами воздуха.
При мытье посуды молекулы воды и чистящего средства проникают в молекулы оставшихся кусочков еды. Это помогает им отлипать от тарелки, и сделать её более чистой.

Проявление диффузии в природе:

Процесс оплодотворения происходит именно благодаря этому физическому явлению. Молекулы яйцеклетки и сперматозоида диффундируют, после чего появляется зародыш.
Удобрение почв. 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.
Смешивание производственных отходов с воздухом сильно загрязняет его. Из-за этого в радиусе километра воздух становится очень грязным. Его молекулы диффундируют с молекулами чистого воздуха из соседних районов. Именно так ухудшается экологическая обстановка в городе.

Проявление этого процесса в промышленности:

Силицирование - процесс диффузионного насыщения кремнием. Он проводится в газовой атмосфере. Насыщенный кремнием слой детали имеет не очень высокую твёрдость, но высокую коррозионную стойкость и повышенную износостойкость в морской воде, азотной, соляной в серной кислотах.
Диффузия в металлах при изготовлении сплавов играет большую роль. Для получения качественного сплава необходимо производить сплавы при высоких температурах и с внешним воздействием. Это значительно ускорит процесс диффузии.

Эти процессы происходят в различных областях промышленности:

Электронная.
Полупроводниковая.
Машиностроение.

Как вы поняли, процесс диффузии может оказывать на нашу жизнь как положительный, так и отрицательный эффект. Нужно уметь управлять своей жизнью и максимально использовать пользу от этого физического явления, а также минимизировать вред.

Теперь вы знаете, в чём сущность такого физического явления, как диффузия. Она заключается во взаимном проникновении частиц благодаря их движению. А в жизни движется абсолютно все. Если вы школьник, то после прочтения нашей статьи вы точно получите оценку 5. Успехов вам!

Видели ли вы когда-нибудь полчища мелких назойливых мошек, беспорядочно роящихся над головой? Иной раз кажется, что они как будто неподвижно висят в воздухе. С одной стороны этот рой неподвижен, с другой — насекомые внутри него безостановочно движутся то вправо, то влево, то вверх, то вниз, постоянно сталкиваясь друг с другом и разлетаясь вновь в пределах этого облака, как будто невидимая сила удерживает их вместе.

Движения молекул носят похожий хаотичный характер, при этом тело сохраняет стабильную форму. Такое движение называется тепловым движением молекул.

Броуновское движение

В далеком 1827 году известный британский ботаник Роберт Броун при помощи микроскопа изучал поведение микроскопических частиц цветочной пыльцы в воде. Он обратил внимание на то, что частички постоянно двигались в хаотичном, не поддающемся логическому объяснению порядке, и это беспорядочное движение не зависело ни от движения жидкости, в которой они находились, ни от ее испарения. Мельчайшие частички пыльцы описывали сложные, загадочные траектории. Интересно то, что интенсивность такого движения не снижается со временем и не связано с химическими свойствами среды, а только увеличивается, если уменьшается вязкость этой среды или размеры движущихся частиц. Кроме этого, большое влияние на скорость движения молекул оказывает температура: чем она выше, тем частицы движутся быстрее.

Диффузия

Давным-давно люди поняли, что все вещества на свете состоят из мельчайших частиц: ионов, атомов, молекул, и между ними имеются промежутки, и эти частицы постоянно и хаотично движутся.

Следствием теплового движения молекул является диффузия. Примеры мы можем наблюдать практически везде в повседневной жизни: и в быту, и в живой природе. Это распространение запахов, склеивание различных твердых предметов, перемешивание жидкостей.

Говоря научным языком, диффузия — это явление проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества.

Газы и диффузия

Самый простой пример диффузии в газах — это довольно быстрое распространение в воздухе запахов (как приятных, так и не очень).

Диффузия в газах может быть крайне опасной, из-за этого явления молниеносно протекает отравление угарным и другими ядовитыми газами.

Если диффузия в газах происходит быстро, чаще всего за считанные секунды, то диффузия в жидкостях занимает целые минуты и иногда даже часы. Это зависит от плотности и температуры.

Одним из примеров является очень быстрое растворение солей, спиртов и кислот, за короткое время образующих однородные растворы.

Диффузия в твердых телах

В твердых телах диффузия протекает труднее всего, при обычной комнатной или уличной температуре она незаметна. Во всех современных и старых школьных учебниках в качестве примера описан опыт со свинцовой и золотой пластинками. Этот эксперимент показал, что только по прошествии более четырех лет в свинец проникло ничтожно малое количество золота, а свинец проник в золото на глубину не более пяти миллиметров. Такое различие обусловлено тем, что плотность свинца намного выше плотности золота.

Следовательно, скорость и интенсивность диффузии не в последнюю очередь зависит от плотности вещества и скорости хаотичного движения молекул, а скорость, в свою очередь — от температуры. Диффузия интенсивнее и быстрее протекает при более высоких температурах.

Примеры диффузии в быту

Мы даже не задумываемся о том, что ежедневно практически на каждом шагу встречаем явление диффузии. Именно поэтому это явление считается одним из самых значительных и интересных в физике.

Один из простейших примеров диффузии в быту — растворение сахара в чае или кофе. Если в стакан с кипятком поместить кусочек сахара, он через некоторое время исчезнет бесследно, при этом даже объем жидкости практически не изменится.

Если внимательно осмотреться вокруг, можно найти немало примеров диффузии, облегчающих наш быт:

растворение стирального порошка, марганцовки, соли;
распыление освежителей воздуха;
аэрозоли для горла;
вымывание грязи с поверхности белья;
смешивание красок художником;
замешивание теста;
приготовление наваристых бульонов, супов, и подлив, сладких компотов и морсов.

В 1638 г., вернувшись из Монголии, посол Василий Старков преподнес русскому царю Михаилу Федоровичу в подарок почти 66 кг сушеных листьев, обладающих странным терпковатым ароматом. Это засушенное растение очень понравилось ни разу не пробовавшим его москвичам, и они его с удовольствием до сих пор употребляют. Узнали его? Конечно же, это чай, который заваривается благодаря явлению диффузии.

Примеры диффузии в окружающем мире

Роль диффузии в окружающем нас мире очень велика. Одним из важнейших примеров диффузии является кровообращение в живых организмах. 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.

У травянистых видов растений диффузия идет через всю их зеленую поверхность, у более крупных цветущих растений - через листья и стебли, у кустарников и деревьев — через трещины в коре стволов и веток и чечевички.

Кроме того, примером диффузии в окружающем мире является всасывание воды и растворенных в ней минералов корневой системой растений из почвы.

Именно диффузия является причиной того, что состав нижнего слоя атмосферы является неоднородным и состоит из нескольких газов.

К сожалению, в нашем несовершенном мире найдется совсем немного людей, которые не знают, что такое инъекция, также известная как "укол". Этот вид болезненного, но эффективного лечения также основан на явлении диффузии.

Загрязнение окружающей среды: почвы, воздуха, водоемов — это тоже примеры диффузии в природе.

Тающие в синем небе белые облака, так любимые поэтами всех времен — тоже она— известная каждому ученику средних и старших классов диффузия!

Итак, диффузия — это то, без чего жизнь наша была бы не просто труднее, а практически невозможной.

Учитель физики Ноздрина Л.Д.

Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах.

Слайд 2

Цели и задачи урока

Основные положения МКТ;

Определение диффузии;

Особенности процесса диффузии в различных средах.

Объяснять явление диффузии на основании МКТ.

Слайд 3

Молекула – наименьшая частица вещества.
Михаил Васильевич Ломоносов в 1745 году разграничил понятия атом и молекула.
Молекулы состоят из атомов.
Атом – наименьшая частица химического элемента.

Слайд 4

Три состояния вещества

Размеры молекулы порядка 10‾¹ºм

Повторим

Слайд 5

"Один опыт я ставлю выше 1000 мнений, рожденных воображением"

М. В. Ломоносов

Источники физических знаний

Слайд 6

Броуновское движение

Роберт Броун в 1827 году, наблюдая под микроскопом взвесь в виде растительной пыльцой, обнаружил, что частицы находятся в непрерывном движении, описывая сложные траектории.

Слайд 8

Диффузия наблюдается

В газах
В жидкостях
В твердых телах

Слайд 9

Ароматические масла, смолы широко используются в парфюмерной промышленности, лечебной ароматерапии, для церковных нужд.

Диффузия газов в газах

Слайд 10

Диффузия газов в газах

Ароматические вещества
Масла
Смолы
Лепестки жасмина
Лепестки роз
Мирра
Ладанное дерево

Слайд 11

Кого из нас не поражал запах весенней ночи? Мы могли ощущать запахи черемухи, акаций, сирени. Молекулы пахнущего вещества цветов диффундируют в воздух.

Диффузия газов в газах

Слайд 12

В качестве тонизирующих культур обычно употребляют чай, кофе и какао.

Родина чая- Китай,кофе- Африка, какао - Америка. Быстрое распространение аромата этих напитков объясняется тем, что молекулы пахучего вещества проникают между молекулами воздуха.

Диффузия газов в газах

Слайд 13

Самым многочисленным способом общения насекомых осуществляется с помощью обонятельных химических средств, которые животные используют для своей защиты или привлечения внимания.

Передача запахов осуществляется посредством диффузии.

Диффузия газов в газах

Слайд 14

Привлекательные
Феромоны, гормоны.
Диффузия газов в газах
Ароматы
Бабочки
Майские жуки
Хорьки
Клопы
Скунсы
Отталкивающие
Репелленты

Слайд 15

Леса – легкие планеты, помогающие дышать всему живому.

Городской воздух содержит много газообразных веществ (угарный газ, углекислый газ, оксиды азота, сера), полученных в результате работы промышленного комплекса, транспорта и коммунального хозяйства.

Процесс очищения воздуха лесом можно объяснить диффузией.

Диффузия газов в газах

Слайд 16

Природный горючий газ не имеет ни цвета, ни запаха.

Диффузия газов в газах

За счет диффузии газ распространяется по всему помещению, образуя взрывоопасную смесь.

Слайд 18

Пути решения экологической проблемы, связанной с очищением воздуха:

1) фильтры на выхлопных трубах;

2) выращивание растений вдоль дорог и вокруг предприятий, поглощающих вредные вещества.

Диффузия газов в газах

Тополь

Слайд 19

Наблюдение процесса диффузии молекул воздуха и молекул нашатырного спирта (индикатором служит лакмусовая бумажка, фиксирующая наличие щелочной среды)

НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ

Слайд 20

Наблюдение растворения дыма от костра в воздухе.

НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ

Слайд 21

НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ

Распространение запаха освежителя воздуха в помещении.

Слайд 22

Пчелиный яд- это бесцветная прозрачная жидкость с ароматным запахом, обладающая высокой биологической активностью.

Быстрое проникание пчелиного яда связано с биологическими процессами в организме

(с движением молекул яда и их взаимодействием с межклеточной жидкостью соединительной ткани).

ДИФФУЗИЯ ЖИДКОСТИ В ЖИДКОСТИ

Слайд 23

Для приготовления чая используют цветы и листочки некоторых растений: жасмина, розы, липы, душицы, мяты, чабреца и других.

ДИФФУЗИЯ ЖИДКОСТИ В ЖИДКОСТИ

Слайд 24

ДИФФУЗИЯ ЖИДКОСТИ В ЖИДКОСТИ

Зелёный
Чёрный

В твёрдом состоянии цвет чая зависит от способа обработки листьев.

Заварка чая основана на диффузии молекул воды и красящего вещества растений.

Слайд 25

НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ

Приглашаем на чай.

Слайд 26

НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ

Сравнение скорости протекания диффузии при заваривании чая холодной и горячей водой.

Процесс диффузии ускоряется с повышением температуры; происходит медленнее, чем в газах.

Слайд 27

При добавлении дольки лимона чай становится светлее.

НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ

Цвет чая коричневый только в нейтральной среде (в воде).

Слайд 28

НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ

Для насыщения цвета свеклы в воде добавляется уксусная кислота.

Слайд 29

Запах соли, запах йода.

Непреступны и горды,

Рифы каменные морды

Выставляют из воды…

Ю. Друнина

Ежегодно в атмосферу попадает 2 млрд. тонн солей.

Слайд 30

Смог - желтый туман, отравляющий воздух, которым мы дышим.

Смог - основная причина дыхательных и сердечных болезней, ослабления иммунитета человека.

ДИФФУЗИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА В ГАЗАХ

Слайд 31

ДИФФУЗИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА В ГАЗАХ

Частицы, встречающиеся в городском воздухе.

Пыльца растений
Микроорганизмы, их споры
Сухой песок
Угольная пыль
Цементная пыль
Удобрение
Асбест
Кадмий
Ртуть
Свинец
Оксид железа
Оксид меди
Радиус частиц, мкм
20 – 60
1 - 15
200 - 2000
10 – 400
10 – 150
30 – 800
10 – 200
0,5-1
0,1-1
0,1-1

Слайд 32

Как объяснить процесс соления овощей?

Слайд 33

ДИФФУЗИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА В ЖИДКОСТИ

Соления грибов

Слайд 34

Соления фруктов

ДИФФУЗИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА В ЖИДКОСТИ

При засолке кристаллики соли распадаются на ионы Na и Cl в водном растворе, беспорядочно движутся и занимают промежутки между порами продуктов питания.

Слайд 35

Приготовление варенья и компотов.

ДИФФУЗИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА В ЖИДКОСТИ

Слайд 36

Получение сахара из свеклы в промышленном производстве

ДИФФУЗИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА В ЖИДКОСТИ

Слайд 37

Растворение кристаллов перманганата калия в воде.

НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ

Слайд 38

НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ

Растворение кристаллов сахара в горячей воде.

Слайд 39

Растворение таблетки «Мукалтина» в воде.

НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ

Слайд 40

Приготовление солёных огурцов, квашенной капусты, солёной рыбы и сала в домашних условиях.

НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ

Слайд 41

Для придания железным и стальным деталям твердости, износостойкости и предела прочности их поверхности подвергают диффузному насыщению углеродом (цементация)

Слайд 42

Английский металлург Вильям Робертс- Аустин измерял диффузию золота в свинце, помещая этот цилиндр в печь при температуре около 200 °С на 10 дней.

Атомы золота равномерно распределялись по всему свинцовому цилиндру.

Слайд 43

НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ

Наблюдение явления диффузии молекул перманганата калия и воска.

Слайд 44

НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ

Результат через три недели.
Прошло два месяца.
Молекулы твёрдых тел диффундируют медленнее всего.

Слайд 45

Причина диффузии - беспорядочное движение молекул.
Скорость диффузии зависит от того, в каком агрегатном состоянии находятся соприкасающиеся тела.
Диффузия быстро протекает в газах, медленнее в жидкостях и очень медленно в твердых телах.
Процесс диффузии ускоряется с повышением температуры, с уменьшением вязкости среды и размеров частиц.

Слайд 46

1. Какой рисунок наиболее правильно показывает каплю воды в микроскопе при сильном увеличении?

2. Имея модели частиц двух веществ, покажите, что происходит в веществе при их самопроизвольном смешивании.

3. Выберите рисунок, на котором направление стрелок правильно указывает направление движения двух частиц в веществе.

Опишите, как движутся частицы в веществе.

С какими танцами или мелодиями можно сравнить движение частиц пальмы, растущей в Африке, и частиц кедра, растущего в Сибири?

Слайд 47

Все знают, как полезен репчатый лук. Но при его разрезании мы проливаем слезы. Объясните почему?

Это объясняется явлением диффузии.Причина в летучем веществе лакриматоре, вызывающем слёзы. Оно растворяется в жидкости слизистой оболочки глаза, выделяя серную кислоту, которая и раздражает слизистую оболочку глаза.

Слайд 48

Средний уровень: 1. В каком рассоле – горячем или холодном – быстрее засолятся огурцы?

2. Почему ткань, окрашенную недоброкачественной краской, нельзя в мокром состоянии держать в соприкосновении со светлым бельем?

Достаточный уровень: 1. Почему дым от костра, поднимаясь вверх, быстро перестает быть видимым даже в безветренную погоду?

2. Будут ли распространяться запахи в герметично закрытом подвальном помещении, где совершенно нет сквозняков?

Высокий уровень: 1. Открытый сосуд с эфиром уравновесили на весах и оставили в покое. Через некоторое время равновесие весов нарушилось. Почему?

2. Какое значение имеет диффузия для процессов дыхания человека и животных?

Слайд 49

1. Параграф №9, вопросы к параграфу;

2. Экспериментальное задание (описать явления диффузии, наблюдаемые дома).

3. Ответить письменно на вопрос:

Почему сладкий сироп приобретает со временем вкус фруктов? (средний уровень)

Почему соленая сельдь, после того как ее оставили на некоторое время в воде, делается менее соленой? (достаточный уровень)

Почему при склеивании и паянии применяют жидкий клей и расплавленный припой? (высокий уровень)

Слайд 50

Слайд 51

1. СемкеА.И. «Нестандартные задачи по физике», Ярославль: Академия развития,2007.

2. Шустова Л.В., Шустов С.Б. «Химические основы экологии».М.:Просвещение,1995.

3. Лукашик В.И. Задачник по физике 7-8кл. М.: Просвещение,2002.

4. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. М.: Просвещение,1998.

5. Энциклопедия Физика. М.: Аванта +,1999.

6. Богданов К.Ю. Физик в гостях у биолога. М.: Наука,1986.

7. Енохович А.С. Справочник по физике. М.: Просвещение, 1990.

8. Ольгин О. И. Опыты без взрывов. М.: Химия,1986.

9. Ковтунович М.Г. «Домашний эксперимент по физике 7-11 классы». М.: Гуманитарный издательский центр, 2007.

10. Internet- ресурсы.

Литература

Посмотреть все слайды

Многочисленные опыты показывают, что молекулы всех тел непрерывно движутся. Рассмотрим один из них.

В стеклянный сосуд наливают водный раствор медного купороса. Этот раствор имеет темно-голубой цвет, он тяжелее воды. Поверх раствора в сосуд очень осторожно, чтобы не смешать жидкости, наливают чистую воду. В начале опыта видна резкая граница раздела между водой и раствором медного купороса.

Сосуд оставляют в покое и продолжают наблюдать за границей раздела жидкостей. Через несколько дней обнаруживают, что граница раздела расплылась. Недели через две граница, отделявшая одну жидкость от другой, исчезает, в сосуде образуется однородная жидкость бледно-голубого цвета (см. цветную вклейку I, внизу ). Значит, жидкости перемешались.

Явление, при котором вещества сами собой смешиваются друг с другом, называют диффузией.

Это явление объясняют так (рис. 16). Сначала обмениваются местами вследствие своего движения отдельные молекулы воды и медного купороса, находящиеся около границы раздела этих жидкостей . Граница становится расплывчатой, так как молекулы медного купороса попадают в нижний слой воды и, наоборот, молекулы воды попадают в верхний слой раствора медного купороса. Затем часть этих молекул обменивается местами с молекулами, лежащими в следующих слоях. Граница раздела жидкостей становится еще более расплывчатой. Так как молекулы движутся непрерывно и беспорядочно, то этот процесс приводит к тому, что вся жидкость в сосуде становится однородной.

В газах диффузия происходит быстрее, чем в жидкостях. Если в комнату внести какое-нибудь пахучее вещество, например нафталин, то очень скоро его запах будет ощущаться во всей комнате. Значит, всюду проникают молекулы нафталина - происходит диффузия. Молекулы нафталина, сталкиваясь с молекулами воздуха и двигаясь во все стороны беспорядочно, разлетаются по комнате во всех направлениях.

Явление диффузии происходит и в твердых телах, но очень медленно. В одном из опытов гладко отшлифованные пластины свинца и золота положили одна на другую и сжали грузом. При обычной комнатной температуре (около 20° С) за 5 лет золото и свинец срослись, взаимно проникнув друг в друга на расстоянии 1 мм. Получился тонкий слой из сплава золота со свинцом.

Диффузия имеет большое значение в жизни человека и животных. Так, например, кислород из окружающей среды благодаря диффузии проникает внутрь организма через кожу человека. Питательные вещества благодаря диффузии проникают из кишечника в кровь животных.

Диффузия происходит и при спайке металлических деталей.

Вопрос. 1. Что такое диффузия? Опишите опыт, в котором наблюдают диффузию жидкостей. 2. Как объясняется диффузия с точки зрения молекулярного строения вещества? 3. При каких процессах и как происходит диффузия в организме человека и животных?

Упражнение. 1. На каком явлении основана засолка огурцов, капусты, рыбы и других продуктов? 2. В воде рек, озер и других водоемов всегда содержатся молекулы газов, входящих в состав воздуха. Благодаря какому явлению попадают эти молекулы в воду?_ Почему они проникают до дна водоема? Опишите, как происходит при этом перемешивание воздуха с водой. 1 2 3

Задание. 1. Налейте в стакан холодной воды и опустите на дно его кусочек марганцовки. Не перемешивая воду, определите, через какое время молекулы марганцовки попадут в верхний слой воды. Объясните наблюдаемое явление. 2. Налейте в два стакана по одинаковому количеству воды. Один из них поставьте в теплое место, другой - в холодное (в холодильник, за окно, в сени ). Через некоторое время опустите на дно каждого стакана по кусочку грифеля от «химического» карандаша (или крупинку марганцовки). Поставьте стаканы на прежние места. Утром и вечером отмечайте положение границы окрашенной и чистой воды в этих двух стаканах. На основании проделанного опыта сделайте соответствующий вывод. 3. Прочтите в конце учебника параграф «Броуновское движение».

Для того чтобы сахар в чае растворился быстрее, его нужно размешать. Но, оказывается, если этого не делать, то все равно через некоторое время весь сахар растворится, и чай станет сладким. В ходе этого урока вы узнаете, что такое самопроизвольное перемешивание веществ объясняется непрерывным хаотическим движением молекул, а называется такое явление диффузией.

Тема: Первоначальные сведения о строении вещества

Урок: Диффузия

В нашей повседневной жизни мы иногда не замечаем некоторых физических явлений. Например, кто-то открыл флакон с духами, и мы, даже находясь на большом расстоянии, почувствуем этот запах. Поднимаясь по лестнице к своей квартире, мы можем ощутить запах пищи, приготовленной дома. Мы опускаем в стакан с горячей водой пакетик с заваркой для приготовления чая, и даже не замечаем, как заварка окрашивает всю воду в чашке.

Рис. 1. Хотя чайная заварка находится внутри пакетика, она окрашивает всю воду в чашке

Все перечисленные явления связаны с одним и тем же физическим явлением, которое называется диффузией. Происходит она потому, что молекулы одного и другого вещества взаимно проникают друг между другом.

Диффузия – это самопроизвольное взаимное проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого.

В этом определении важным является каждое слово: и самопроизвольное, и взаимное, и проникновение, и молекул.

Если налить в сосуд раствор медного купороса (голубого цвета), а сверху аккуратно, не допуская перемешивания, налить чистую воду, то можно заметить, что поначалу довольно четкая граница между водой и медным купоросом со временем становится все более размытой. Если продолжать опыт в течение недели, эта граница совершенно исчезнет, и жидкость в сосуде станет равномерно окрашенной.

Рис. 2. Диффузия раствора медного купороса в воде

Значительно быстрее происходит процесс диффузии в газах. Возьмем цилиндрический стеклянный сосуд без дна и прикрепим к его внутренней поверхности вертикальные полоски универсальной индикаторной бумаги. Эти полоски обладают способностью изменять свой цвет под действием паров некоторых веществ. Нальем небольшое количество такого вещества на дно чашки и поместим в эту чашку цилиндрический сосуд. Мы увидим, что сначала индикаторные полоски изменят свой цвет в их нижней части, но уже через 10-20 секунд полоски приобретут ярко-синюю окраску по всей длине. Это значит, что воздух и газообразное вещество самопроизвольно перемешались между собой, то есть произошло взаимное проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого, значит произошла диффузия.

Рис. 3. В результате диффузии паров летучего вещества окраска полосок индикаторной бумаги изменяется вначале внизу, а затем по всей длине

Оказывается, на скорость диффузии определенных веществ можно влиять. Чтобы убедиться в этом, возьмем два стакана, один с горячей, а другой с холодной водой. Насыплем в оба стакана одинаковое количество растворимого кофе. В одном из стаканов диффузия пойдет гораздо быстрее. Как подсказывает вам жизненный опыт, диффузия происходит тем быстрее, чем выше температура диффундирующих веществ.

Рис. 4. Вода в правом стакане имеет более высокую температуру, и поэтому диффузия растворимого кофе в нем происходит быстрее

Чем выше температура веществ, тем быстрее происходит диффузия.

Может ли происходить диффузия в твердых телах? На первый взгляд – нет. Но опыт дает другой ответ на этот вопрос. Если поверхности двух различных металлов (например, свинца и золота) хорошо отполировать и плотно прижать друг к другу, то взаимное проникновение молекул металлов можно зарегистрировать на глубину около одного миллиметра. Правда, для этого потребуется время в несколько лет.