А вы знаете, как протекает диффузия в жидкостях? Старт в науке

Физика — одна из самых интересных, загадочных и в то же время логичных наук. Она объясняет все, что можно объяснить даже то, как чай становится сладким, а суп соленым. Истинный физик сказал бы иначе: так протекает диффузия в жидкостях.

Диффузия

Диффузия — это волшебный процесс проникновения мельчайших частиц одного вещества в межмолекулярные пространства другого. Кстати, такое проникновение взаимно.

Знаете, как это слово переводится с латыни? Растекание, распространение.

Как протекает диффузия в жидкостях

Диффузия может наблюдаться при взаимодействии любых веществ: жидких, газообразных и твердых.

Чтобы узнать, как протекает диффузия в жидкостях, можно попробовать бросить несколько крупинок краски, молотого грифеля или, например, марганцовки в прозрачный сосуд с чистой водой. Лучше, если сосуд этот будет высоким. Что мы увидим? Сначала кристаллики под действием силы тяжести опустятся на дно, но через некоторое время вокруг них появится ореол окрашенной воды, который будет растекаться и растекаться. Если не подходить к данным сосудам хотя бы несколько недель, мы обнаружим, что вода окрасится практически полностью.

Еще один наглядный пример. Для того чтобы сахар или соль растворились быстрее, их нужно размешать в воде. Но если этого не сделать, сахар или соль самостоятельно растворятся через некоторое время: чай или компот станут сладкими, а суп или рассол - солеными.

Как протекает диффузия в жидкостях: опыт

Для того чтобы определить, как скорость диффузии зависит от температуры вещества, можно провести небольшой, но весьма показательный опыт.

Возьмем два стакана одинакового объема: один — с холодной водой, другой — с горячей. Насыпаем в оба стакана равное количество растворимого порошка (например, кофе или какао). В одном из сосудов порошок начнет растворяться интенсивнее. Знаете, в каком именно? Догадаетесь? Там, где температура воды выше! Ведь диффузия протекает в ходе беспорядочного хаотичного движения молекул, а при высоких температурах это движение происходит намного быстрее.

Диффузия может происходить в любых веществах, различается лишь время протекания этого явления. Самая высокая скорость — в газах. Именно поэтому нельзя хранить в холодильнике сливочное масло рядом с селедкой или салом, натертым мелко порубленным чесноком. Далее следуют жидкости (от меньшей плотности к наибольшей). И самая медленная — диффузия твердых тел. Хотя на первый взгляд диффузии в твердых телах не бывает.

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.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Применение педагогических технологий : развивающее обучение, дифференцированное обучение, использование ИКТ.

Задачи урока:

• Образовательные: закрепить знание понятий молекулы и атома, порядка размера молекулы; закрепить знания опытных фактов, подтверждающих, что вещества состоят из отдельных частиц, между которыми есть промежутки; ввести понятие диффузии; рассмотреть особенности процесса диффузии в различных средах; изучить специфику явления диффузии в природе и быту.
• Развивающие : развивать интерес к естественным наукам; умение исследовать, объяснять, анализировать, сравнивать результаты эксперимента и делать выводы; развивать умение выявлять причинно-следственные связи на примере протекания диффузии в зависимости от физических особенностей агрегатных состояний вещества и температуры; развивать монологическую речь и умение строить ученический диалог.
• Воспитательные: формирование мировоззрения об объективности проявления законов физики и познаваемости явлений природы; формирование культуры общения; развитие самостоятельности; умение работать в группах при выполнении домашнего эксперимента.

Оборудование: флакон с духами, сосуд с раствором медного купороса, гуашь, кристаллики калия перманганата, сосуду с холодной и горячей водой; набор кружков (двух цветов) для каждого учащегося, мультимедийный видеопроектор, интерактивная доска; презентации.

Структура урока:

• организационный момент (1 мин.)
• актуализация опорных знаний (5 мин.)
• решение основной задачи урока: новый материал излагает группа учащихся, представляя результаты домашних экспериментов (25 мин.)
• первичная проверка усвоения материала (4 мин.)
• выходной уровневый контроль: самостоятельная работа (8 мин.)
• домашнее задание (2 мин.)

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Подготовка к усвоению нового материала.

Мотивация.

Учитель: На предыдущем уроке вы изучили строение вещества и знаете, что все тела состоят из мельчайших частиц. Сегодня наш разговор будет посвящен движению этих частиц. Тема урока: «Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах».

(Запись в тетрадях). Презентация 1 . Слайд 1.

Цели и задачи урока: Слайд 2.

Урок – какое слово интересное!
В нём каждой букве роль отведена,
И каждая, в порядке очерёдности,
Значеньем смысловым наделена:
У – установка к поиску, к познанью,
улыбки педагога и детей.
Р – разума работа, в результате –
создание гипотез и идей.
О – обобщенье сделанное вместе:
очарование понятной новизной.
К – конец урока – свой багаж проверьте:
всё, что узнали каждый взял с собой?

В конце урока каждый должен знать: основные положения МКТ; определение диффузии; особенности процесса диффузии в различных средах, и уметь: – объяснять явление диффузии на основании МКТ.

III. Актуализация опорных знаний.

Повторение пройденного материала учащимися на базе знаний полученных на предыдущих уроках: Слайд 3-4

– Из чего состоят вещества?

– Какие опыты подтверждают, что вещества состоят из мельчайших частиц?

– Как меняется объем тела при изменении расстояния между частицами?

– Кто из ученых разграничил понятия атом и молекула.

– Что такое молекула и атом?

– Что вы знаете о размерах молекул?

– Какие опыты показывают, что частицы вещества очень малы?

– Как определить размер одной молекулы способом рядов и истинный размер молекулы?

– Какие агрегатные состояния вещества вы знаете?

IV. Решение основной задачи урока.

Слайд 5. Источниками физических знаний являются наблюдения и опыты. Значит, для изучения особенностей явления диффузии необходимо выполнить эксперименты.

"Один опыт я ставлю выше 1000 мнений, рожденных воображением" писал М.В. Ломоносов.

1) Демонстрация эксперимента учителем: разбрызгивание духов из флакона в начале класса, а дети встают по мере того, как почувствуют запах.

– Почему все ученики почувствовали запах?

– Почему запах почувствовали не сразу, а спустя некоторое время?

Сделайте вывод. (Дети самостоятельно делают вывод о движении молекул, о проникновении молекул одного вещества между молекулами другого).

Учитель: К числу доказательств того, что молекулы непрерывно и хаотично движутся, описывая сложные траектории, относится явление, которое наблюдал в 1827 году английский ботаник Роберт Броуном, рассматривая под микроскопом взвесь в виде растительной пыльцы. Это явление было названо диффузией. Наблюдается оно в газах, жидкостях и твердых телах. (Запись в тетрадях). Слайд 6-8.

2) Сообщения учащихся о примерах проявления диффузии газов в газах и представление результатов своих наблюдений.

Ученик 1. Слайд 9

Невозможно представить свою жизнь и быт без ароматических запахов. Получаемые ароматические масла и смолы широко используются в парфюмерной промышленности, лечебной ароматерапии, для церковных нужд.

Ученик 2 . Слайд 10 .

Масла получают из лепестков душистых растений. Так для приготовления 1 кг розового масла потребуется более 1.5 т лепестков розы.

Ученик 3. Ароматические смолы для церковных нужд получают из сока ладанного дерева, а для ароматических курений и массажей из смолы деревьев мирра.

Ученик 1. Слайд 11 .

Кому из нас не знакомы запахи сирени, черемухи, акации, сирени. Многие цветы на деревьях и кустарниках не пахнут. (Вопрос учащимся). Чем же можно объяснить перенос запахов? Молекулы пахнущего вещества проникают между молекулами воздуха. Это явление называется диффузией.

Ученик 2 .Слайд 12.

Кто из нас не пил чай, кофе или какао? Обычно они используются в качестве тонизирующих культур. Родина чая – Китай (в Европе он стал известен только в XVII веке), кофе – Африка, а какао – Америка. А знаете ли вы, чем можно объяснить аромат этих напитков? Это явление объясняется диффузией. Молекулы пахнущего вещества этих напитков проникают между молекулами воздуха.

Ученик 3 .Слайд 13-14 .

В живой природе насекомые общаются с помощью обонятельных химических средств, которые используют для привлечения внимания при помощи феромонов и гормонов или для своей защиты отвратительные запахи, используя репелленты. Например: майский жук может определить место нахождения самки на расстоянии 3 км, а бабочки – до 1 км, такие животные как хорьки, скунсы, клопы, муравьи специальными железами выделяют специфические запахи, передача которых осуществляется посредством диффузии.

Ученик 1. Слайд 15.

Средой обитания для многих животных является лес. Леса – легкие планеты, помогающие дышать всему живому. Один гектар леса за год очищает 18 миллионов кубических метров воздуха от углекислого газа, он поглощает 64т других газов и пыли, поставляя взамен миллионы кубических метров кислорода.

Ученик 2 . Как происходит процесс очищения воздуха лесом? Процесс очищения воздуха лесом можно объяснить диффузией. Через устьица кожицы листа углекислый газ из воздуха поступает через межклетники в хлоропласты, где происходит фотосинтез, а образованный кислород выходит таким же путем наружу.

Ученик 3. Слайд 16.

Городской воздух содержит много газообразных веществ (угарный газ, углекислый газ, оксиды азота, сера), полученных в результате работы промышленного комплекса, транспорта и коммунального хозяйства. Кто из нас не наблюдал за дымом от костра, закопченных труб сельских домов, ТЭС валит дым и, поднявших высоко, по мере его подъема перестает быть видимым? Это следствие диффузии молекул дыма между молекулами воздуха.

Ученик 1. Слайд 17.

Природный горючий газ не имеет ни цвета, ни запаха. Можно ли сразу определить утечку газа? За счет диффузии газ распространяется по всему помещению, образуя взрывоопасную смесь. На распределительных станциях газ смешивают с веществом резкого неприятного запаха, который даже при малой концентрации ощутим для безопасности человека.

Ученик 2. Слайд 18.

Существуют пути решения экологической проблемы, связанной с очищением воздуха:

1. Фильтры на выхлопных трубах.
2. Выращивание растений вдоль дорог и вокруг предприятий, поглощающих вредные вещества, таких как клен, тополь, липа.

Ученик 3. Слайд 19 . Представляем результаты нашего домашнего эксперимента.

Опыт 1 . Цель: «Наблюдение процесса диффузии молекул воздуха и молекул нашатырного спирта».

Ход эксперимента. Ватку, смоченную нашатырным спиртом, помещали на дно стеклянного сосуда, а смоченную фенолфталеином прикрепили к крышке и накрыли этой крышкой стеклянный сосуд. Уже через несколько секунд ватка, смоченная фенолфталеином, начинала окрашиваться. В результате своего непрерывного и беспорядочного движения молекулы нашатырного спирта и молекулы воздуха в стеклянном сосуде перемешиваются, и смоченная фенолфталеином ватка окрашивается.

Ученик 1. Слайд 20. Представьте, что мы у костра.

Опыт 2 . Цель: «Наблюдение за растворением дыма от костра в воздухе в лабораторных условиях».

Ход эксперимента. Мы подожгли лист бумаги. После его сгорания от обугленной части листа поднимался столб дыма, который становился невидимым по мере его поднятия.

Вывод: процесс диффузии происходит в газах и достаточно быстро.

Ученик 2. Слайд 21.

Опыт 3 . Цель: «Определить время распространения запаха освежителя воздуха и духов в помещении».

Ход эксперимента. 1. Нажать на клапан флакона освежителя воздуха, находясь в дальнем углу комнаты. Его запах по всему помещению распространился уже через 15 секунд. 2. Смочить тампон ваты духами и положить его на подоконник. Запах духов распространился по всей комнате через 40 секунд.

Вывод: процесс диффузии происходит в газах и достаточно быстро.

Ученик 3 . Можно сделать вывод, что диффузия в газах происходит за счет взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого за период от нескольких секунд до нескольких минут.

3) Демонстрация эксперимента учителем: а) в сосуде раствор медного купороса, капля гуаши; сверху в сосуды наливаем чистую воду; б) стакан с горячей водой и холодной, бросаем крупинки марганцовки. Спустя некоторый промежуток времени наблюдаем результат.

– Почему вся вода окрасилась не сразу?

– Сравните процесс протекания диффузии в газах и жидкостях.

– Где быстрее растворяется марганцовка? Почему?

Дети делают вывод о протекания диффузии в зависимости от физических особенностей агрегатных состояний вещества и температуры.

4) Сообщения учащимися о примерах проявления диффузии жидкости в жидкости и представление результатов своих наблюдений.

Ученик 4. Слайд 22.

Примером наблюдения диффузии жидкостей в жидкостях служит пчелиный яд – это бесцветная прозрачная жидкость с ароматным запахом, обладающая высокой биологической активностью и оказывающая хорошее действие при лечении ревматизма, язв, бронхиальной астмы, заболеваниях глаз.

Вопрос классу: « Чем можно объяснить высокую биологическую активность пчелиного яда?» Конечно же, протеканием биологических процессов, связанных с движением молекул яда и их взаимодействием с межклеточной жидкостью соединительной ткани.

Ученик 5. Слайд 23-24.

Вспомним исторический факт. В 1638 году посол Василий Старков привёз в подарок царю Михаилу Фёдоровичу от монгольского Алтын-хана 4 пуда сушёных листьев. Это растение называется чаем. Для приготовления чая используют цветы и листочки некоторых растений: жасмина, розы, липы, душицы, мяты, чабреца и других. В твёрдом состоянии цвет чая зависит от способа обработки листьев: зеленый – высушивание в тени, а черный – при термической обработке листьев. Вопрос классу: «На каком явлении основана заварка чая?». Да, на диффузии молекул воды и красящего вещества растений.

Ученик 4. Слайд 25-27 . Наш эксперимент.

Кто из нас не заваривал чай? Мы решили сравнить скорость протекания диффузии при заваривании чая холодной и горячей водой. Процесс диффузии ускоряется с повышением температуры. Чай заваривается почти сразу в горячей воде. А вот в холодной – лишь не менее чем через сутки. При добавлении дольки лимона чай осветляется. Цвет чая коричневый только в нейтральной среде (в воде). Итак, процесс диффузии в жидкостях происходит медленнее, чем в газах.

Ученик 5. Слайд 28.

Для насыщения цвета свеклы в воде добавляется уксусная кислота (например, в борщ). Присутствие в квашеной капусте нарезанных долек свеклы, приводит к окрашиванию ее. Молекулы красящего вещества занимают промежутки между молекулами воды и листьями капусты.

Итак: диффузия в жидкостях происходит за счет взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого за период от нескольких минут до нескольких часов, ее скорость протекания зависит от температуры.

5) Сообщения учащихся о примерах проявления диффузии твердого тела в газах, жидкостях и твердых телах и представление результатов своих наблюдений .

Ученик 6. Слайд 29 .

Примером диффузии твердого тела в газах может служить процесс образования запаха йода и соли на берегу моря. Морская вода испаряется, и вместе с капельками воды в атмосферу попадают и частички соли. Капельки воды превращаются в водяной пар, а частички соли остаются в воздухе. Таким образом, ежегодно в атмосферу попадает до 2 млрд. тонн солей.

Ученик 7. Слайд 30-31 .

Другим примером может служить образование смога – желтого тумана, отравляющего воздух, которым мы дышим. В настоящее время проблема смога загрязнений воздуха связана с твёрдыми взвешенными частицами, которые распространяются на большие расстояния. Размеры таких частиц, находящихся в воздухе имеют размеры от 0,1 -2000 мкм. Взвешенные частицы, начиная с кадмия по оксид меди, дает нам автотранспорт, остальные – хозяйственный и промышленный комплексы. Смог является основной причиной дыхательных и сердечных болезней, ослабления иммунитета человека.

Ученик 8. Слайд 33-35.

Примером диффузии твердого тела в жидкостях могут служить процессы соления овощей, грибов, фруктов, капусты. При засолке кристаллики соли распадаются на ионы Na и Cl в водном растворе, беспорядочно движутся и занимают промежутки между порами продуктов питания.

Как не вспомнить приготовление компотов и варенья? В них используется сахар – кристаллическое вещество, которое в воде распадается на молекулы глюкозы и фруктозы и диффундирует между молекулами воды.

Ученик 6. Слайд 36.

В 1747 году европейские учёные установили, что кормовая свёкла содержат сахар. Его было около 1%. Селекционерам потребовалось немало усилий, чтобы получить сорта, пригодные для промышленного производства. Какую роль играет явление диффузии в сахароварении?

Этот процесс достаточно сложен: вымытую свеклу нарезают и кладут в котлы, пропускают через горячую воду. Она диффундирует с молекулами сахара, растворенного в свекле, и из котлов выходит сладким темно-коричневым сиропом, затем его очищают и процеживают. Полученный светлый и прозрачный сок варят, вода испаряется и получается густая сахарная каша. Её отправляют в центрифугу. Белые кристаллики собираются в кучу – это сахарный песок, а жидкость – патока.

Ученик 7. Слайд 37-40 . Наш эксперимент.

Цель: « Наблюдение за растворением кристаллов перманганата калия, сахара, таблетки «Мукалтина» в воде; приготовление солёных огурцов, квашеной капусты, солёной рыбы и сала в домашних условиях».

Ход эксперимента.

Такие твердые тела как кристаллики калия перманганата, кусочки сахара, таблетки «Мукалтина» помещались в холодную и горячую воду. Свежие огурцы заливались горячим соленым рассолом, нашинкованная капуста пересыпалась солью, а свежемороженая семга и кусок жирной части свинины обсыпались солью. Процесс диффузии твердых тел в жидкостях в этих экспериментах проявлялся в интервале от нескольких часов до нескольких дней.

Вывод: процесс диффузии твердых тел в жидкостях происходит медленнее, чем в газах, и зависит от температуры.

Ученик 8. Слайд41-42 . Рассмотрим явление диффузии твердого тела в твердом.

Для придания железным и стальным деталям твердости, износостойкости и предела прочности их поверхности подвергают диффузному насыщению углеродом при температуре 100ºС в течение 5-10 часов (этот процесс называется цементацией). Получается высокоуглеродистая сталь.

Английский металлург Вильям Робертс – Аустин измерил диффузию золота в свинце. Он наплавил тонкий диск золота на свинцовый цилиндр. Поместил этот цилиндр в печь, в которой температура равна 200ºС и держал в печи 10 дней. Затем разрезал цилиндр на тонкие диски и измерил массу золота, которое проникло в каждый срез свинца. Робертс-Аустин также заметил, что свинец и золото проникли друг в друга, когда они плотно прилегали друг к другу. Через весь свинцовый цилиндр прошло вполне измеримое количество золота. При продолжении эксперимента атомы золота равномерно распределялись по всему свинцовому цилиндру.

Экспериментально было установлено, что цинк диффундирует в медь при 300°С почти в 100 миллионов раз быстрее, чем при комнатной температуре, а золото проникает на1мм за 5 лет.

Ученик 6. Слайд 43-44 . Наш эксперимент.

Цель: «Наблюдение явления диффузии между молекулами перманганата калия и воска».

Ход эксперимента. Кристаллы перманганата калия покрыть расплавленным воском. Процесс диффузии в твердых телах происходит медленнее всего. Поэтому результат эксперимента можно было наблюдать лишь через 2 месяца.

Вывод: процесс диффузии в твердых телах происходит очень медленно, от нескольких месяцев до нескольких лет.

Ученик 7. Итак : Скорость протекания диффузии зависит от того, в каком агрегатном состоянии находятся вещества. Наиболее быстро диффузия протекает в газах, медленнее – в жидкостях и очень медленно – в твердых телах.

6) Учитель: Вывод урока (запись в тетрадях). 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.

V. Первичная проверка усвоения материала.

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?

VII. Домашнее задание.

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)

Учитель: Спасибо за внимание и работу. До свидания.

Список литературы.

1. Семке А.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.

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:

1. Температура.
2. Агрегатное состояние вещества.
3. 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:

1. Жидкость.
2. Твёрдое тело.

Скорее всего, у читателя сейчас возникнут следующие вопросы:

1. Каковы причины возникновения диффузии?
2. Где она протекает быстрее?
3. 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:

1. Вы чувствуете запах освежителя воздуха благодаря диффузии.
2. 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.
3. 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:

1. Приготовление чая или кофе.
2. Смешивание воды и марганцовки.
3. 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.

1. 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.
2. 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:

1. При намазывании масла на хлеб оно в него впитывается.
2. 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.
3. 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:

1. Процесс оплодотворения происходит именно благодаря этому физическому явлению. Молекулы яйцеклетки и сперматозоида диффундируют, после чего появляется зародыш.
2. 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.
3. 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:

1. 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.
2. 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:

1. Электронная.
2. Полупроводниковая.
3. 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!

Среди многочисленных явлений в физике процесс диффузии относится к одним из самых простых и понятных. Ведь каждое утро, готовя себе ароматный чай или кофе, человек имеет возможность наблюдать эту реакцию на практике. Давайте узнаем больше об этом процессе и условиях его протекания в разных агрегатных состояниях.

Что такое диффузия

Данным словом именуется проникновение молекул или атомов одного вещества между аналогичными структурными единицами другого. При этом концентрация проникающего соединений выравнивается.

Впервые этот процесс был подробно описан немецким ученым Адольфом Фиком в 1855 г.

Название данного термина было образовано от латинского diffusio (взаимодействие, рассеивание, распространение).

Диффузия в жидкости

Рассматриваемый процесс может происходить с веществами во всех трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Чтобы отыскать практические примеры этого, стоит просто заглянуть на кухню.

Варящийся на плите борщ - это один из них. Под действием температуры молекулы глюкозинбетанина (вещества, благодаря которому свекла обладает таким насыщенным алым цветом) равномерно реагируют с молекулами воды, придавая ей неповторимый бордовый оттенок. Данный случай - это в жидкостях.

Помимо борща, данный процесс можно увидеть и в стакане чая или кофе. Оба эти напитка имеют столь равномерный насыщенный оттенок благодаря тому, что заварка или частички кофе, растворяясь в воде, равномерно распространяются между ее молекулами, окрашивая ее. На этом же принципе построено действие всех популярных растворимых напитков девяностых: Yupi, Invite, Zuko.

Взаимопроникновение газов

Атомы и молекулы, переносящие запах, находятся в активном движении и вследствие него перемешиваются с частицами, уже содержащимися в воздухе, и довольно равномерно рассеиваются в объеме помещения.

Это проявление диффузии в газах. Стоит отметить, что само вдыхание воздуха тоже относится к рассматриваемому процессу, как и аппетитный запах свежеприготовленного борща на кухне.

Диффузия в твердых телах

Кухонный стол, на котором стоят цветы, застелен скатертью яркого желтого цвета. Подобный оттенок она получила благодаря способности диффузии проходить в твердых телах.

Сам процесс придания полотну какого-то равномерного оттенка проходит в несколько этапов следующим образом.

1. Частички желтого пигмента диффундировали в красильной емкости по направлению к волокнистому материалу.
2. Далее они были впитаны внешней поверхностью окрашиваемой ткани.
3. Следующим шагом была снова диффузия красителя, но на этот раз уже внутрь волокон полотна.
4. В финале ткань зафиксировала частички пигмента, таким образом окрасившись.

Диффундирование газов в металлах

Обычно, говоря об этом процессе, рассматривают взаимодействия веществ в одинаковых агрегатных состояниях. Например, диффузия в твердых телах, твердых веществах. Для доказательства этого явления проводится опыт с двумя прижатыми друг к другу металлическими пластинами (золото и свинец). Взаимопроникновение их молекул происходит довольно долго (один миллиметр за пять лет). Этот процесс используется для изготовления необычных украшений.

Однако диффундировать способны и соединения в разных агрегатных состояниях. К примеру, существует диффузия газов в твердых телах.

В процессе экспериментов было доказано, что подобный процесс протекает в атомарном состоянии. Для его активации, как правило, нужно значительно повышение температуры и давления.

Примером такой газовой диффузии в твердых телах является водородная коррозия. Она проявляется в ситуациях, когда возникшие в процессе какой-нибудь химической реакции атомы водорода (Н 2) под действием высоких температур (от 200 до 650 градусов Цельсия) проникают между структурными частицами металла.

Помимо водорода, в твердых телах диффузия кислорода и других газов также способна происходить. Этот незаметный глазу процесс приносит немало вреда, ведь из-за него могут рушиться металлические сооружения.

Диффундирование жидкостей в металлах

Однако не только молекулы газов могут проникать в твердые тела, но и жидкостей. Как и в случае с водородом, чаще всего такой процесс приводит к коррозии (если речь идет о металлах).

Классическим примером диффузии жидкости в твердых телах является коррозия металлов под воздействием воды (Н 2 О) или растворов электролитов. Для большинства этот процесс более знаком под названием ржавления. В отличие от водородной коррозии, на практике с ним приходится сталкиваться значительно чаще.

Условия ускорения диффузии. Коэффициент диффузии

Разобравшись с тем, в каких веществах может происходить рассматриваемый процесс, стоит узнать об условиях его протекания.

В первую очередь быстрота диффузии зависит от того, в каком агрегатном состоянии пребывают взаимодействующие вещества. Чем больше в котором происходит реакция, тем медленнее ее скорость.

В связи с этим диффузия в жидкостях и газах всегда будет проходить более активно, нежели в твердых телах.

К примеру, если кристаллы перманганата калия KMnO 4 (марганцовка) бросить в воду, они в течение нескольких минут придадут ей красивый малиновый цвет. Однако если посыпать кристаллами KMnO 4 кусочек льда и положить все это в морозилку, по прошествии нескольких часов перманганат калия так и не сможет полноценно окрасить замороженную Н 2 О.

Из предыдущего примера можно сделать еще один вывод об условиях диффузии. Помимо агрегатного состояния, на скорость взаимопроникновения частиц влияет также и температура.

Чтобы рассмотреть зависимость от нее рассматриваемого процесса, стоит узнать о таком понятии, как коэффициент диффузии. Так называется количественная характеристика ее скорости.

В большинстве формул она обозначается при помощи большой латинской литеры D и в системе СИ измеряется в квадратных метрах на секунду (м²/с), иногда - в сантиметрах за секунду (см 2 /м).

Коэффициент диффузии равен количеству вещества, рассеивающегося через единицу поверхности на протяжении единицы времени, при условии, что разность плотностей на обеих поверхностях (расположенных на расстоянии равном единице длины) равна единице. Критерии, определяющие D, - это свойства вещества, в котором происходит сам процесс рассеивания частиц, и их тип.

Зависимость коэффициента от температуры можно описать при помощи уравнения Аррениуса: D = D 0exp (-E/TR).

В рассмотренной формуле Е - минимальная энергия, необходимая для активации процесса; Т - температура (измеряется по Кельвину, а не Цельсию); R - постоянная газовая, характерная для идеального газа.

Помимо всего вышеперечисленного, на скорость диффузии в твердых телах, жидкости в газах влияет давление и излучение (индукционное или высокочастотное). Кроме того, многое зависит от наличия катализирующего вещества, часто именно оно выступает в роли пускового механизма для начала активного рассеивания частиц.

Уравнение диффузии

Данное явление - частный вид уравнения дифференциального при частных производных.

Его цель - отыскать зависимость концентрации вещества от размеров и координат пространства (в котором оно диффундирует), а также времени. При этом заданный коэффициент характеризует проницаемость среды для реакции.

Чаще всего уравнение диффузии записывают следующим образом: ∂φ (r,t)/∂t = ∇ x .

В нем φ (t и r) — плотность рассеивающегося вещества в точке r во время t. D (φ, r) — диффузии обобщенный коэффициент при плотности φ в точке r.

∇ — векторный дифференциальный оператор, компоненты которого по координатам относятся к частным производным.

Когда коэффициент диффузии зависим от плотности, уравнение является нелинейным. Когда нет — линейным.

Рассмотрев определение диффузии и особенности данного процесса в разных средах, можно отметить, что он имеет как положительные, так и отрицательные стороны.