Elmdən başlayın. Qazlarda, mayelərdə və bərk cisimlərdə diffuziya
Molekulların diffuziya sürətinin maddənin temperaturundan asılılığı Molekulların diffuziya sürətinin maddənin temperaturundan asılılığı Layihənin müəllifi: Maksim Karapuzov, 7-ci sinif şagirdi Layihə müəllifi: MBOU-nun 7-ci sinif şagirdi Maksim Karapuzov "SEVERAGE SCHOOL 40" BELQOROD RAYONU, STARY OSKOL Rəhbəri: Gavryushina Lyudmila Konstantinovna , fizika müəllimi, fizika müəllimi, MBOU "SEVERAGE EDUCATIONAL HOOL 40" BELQOROD RAYONU, STARY OSKOL
Problemin ifadəsi Maddələr niyə qarışır? Niyə maddələr qarışır? Ətrafımızdakı dünyada diffuziyanın rolu nədir? Ətrafımızdakı dünyada diffuziyanın rolu nədir? Diffuziya prosesi nədən asılıdır? Diffuziya prosesi nədən asılıdır?
Nəticələrin şərhi Diffuziya müvəqqəti prosesdir. Diffuziya müddəti temperaturdan və maddənin növündən asılıdır: temperatur nə qədər yüksək olarsa, diffuziya prosesi bir o qədər sürətli olur. Təcrübələr nəticəsində mənim irəli sürdüyüm fərziyyənin tam təsdiqləndiyinə əmin oldum. Həqiqətən, artan temperaturla bir maye içərisində molekulların yayılması daha sürətli baş verəcəkdir. Bədənin molekullarının orta hərəkət sürəti nə qədər çox olarsa, onun temperaturu bir o qədər yüksək olar
Fizikadakı çoxsaylı hadisələr arasında diffuziya prosesi ən sadə və başa düşülənlərdən biridir. Axı, hər səhər özünə ətirli çay və ya qəhvə hazırlayan bir insanın bu reaksiyanı praktikada müşahidə etmək imkanı var. Bu proses və onun müxtəlif birləşmə vəziyyətlərində baş vermə şərtləri haqqında daha çox öyrənək.
Diffuziya nədir
Bu söz bir maddənin molekullarının və ya atomlarının digərinin oxşar struktur vahidləri arasında nüfuz etməsinə aiddir. Bu vəziyyətdə, nüfuz edən birləşmələrin konsentrasiyası düzəldilir.
Bu proses ilk dəfə 1855-ci ildə alman alimi Adolf Fik tərəfindən ətraflı təsvir edilmişdir.
Bu terminin adı latın diffusio (qarşılıqlı təsir, dispersiya, paylama) sözündən yaranmışdır.
Mayedə diffuziya
Baxılan proses hər üç birləşmə vəziyyətində olan maddələrlə baş verə bilər: qaz, maye və bərk. Bunun praktik nümunələrini tapmaq üçün mətbəxə baxmaq kifayətdir.
Ocaqda qaynadılmış borş onlardan biridir. Temperaturun təsiri altında qlükozin betaninin molekulları (çuğundurun bu qədər zəngin qırmızı rəngə sahib olduğu bir maddə) su molekulları ilə bərabər reaksiya verir və ona unikal tünd qırmızı rəng verir. Bu vəziyyət mayelərdədir.
Borşdan əlavə, bu prosesi bir stəkan çay və ya qəhvədə də görmək olar. Bu içkilərin hər ikisi suda həll olunan çay yarpaqları və ya qəhvə hissəciklərinin molekulları arasında bərabər şəkildə yayılması, onu rəngləməsi səbəbindən belə vahid zəngin bir kölgəyə malikdir. 90-cı illərin bütün məşhur ani içkilərinin hərəkəti eyni prinsip üzərində qurulub: Yupi, Invite, Zuko.
Qazların bir-birinə nüfuz etməsi
Qoxu daşıyan atomlar və molekullar aktiv hərəkətdədir və nəticədə artıq havada olan hissəciklərlə qarışır və otağın bütün həcminə kifayət qədər bərabər paylanır.
Bu, qazlarda diffuziyanın təzahürüdür. Qeyd etmək lazımdır ki, havanın çox inhalyasiyası da nəzərdən keçirilən prosesə aiddir, həmçinin mətbəxdə təzə hazırlanmış borschtun iştahaaçan qoxusu.
Bərk cisimlərdə diffuziya
Güllərin dayandığı mətbəx masası parlaq sarı süfrə ilə örtülmüşdür. Bərk cisimlərdə diffuziya qabiliyyətinə görə bənzər bir kölgə aldı.
Kətana vahid bir kölgə vermək prosesi aşağıdakı kimi bir neçə mərhələdə baş verir.
- Sarı piqment hissəcikləri boya tankında lifli materiala doğru yayıldı.
- Sonra boyalı parçanın xarici səthi tərəfindən udulmuşlar.
- Növbəti addım yenidən boyanın yayılması idi, lakin bu dəfə parçanın liflərinə.
- Finalda parça piqment hissəciklərini fiksasiya etdi və beləliklə rəngləndi.
Qazların metallarda yayılması
Adətən, bu prosesdən danışarkən, eyni məcmu vəziyyətdə olan maddələrin qarşılıqlı təsirini nəzərdən keçirin. Məsələn, bərk cisimlərdə, bərk cisimlərdə diffuziya. Bu hadisəni sübut etmək üçün bir-birinə sıxılmış iki metal lövhə (qızıl və qurğuşun) ilə təcrübə aparılır. Onların molekullarının bir-birinə nüfuz etməsi kifayət qədər uzun müddət çəkir (beş ildə bir millimetr). Bu proses qeyri-adi zərgərlik etmək üçün istifadə olunur.
Bununla belə, müxtəlif məcmu vəziyyətlərdə olan birləşmələr də yayılmağa qadirdir. Məsələn, bərk cisimlərdə qazların diffuziyası var.
Təcrübələr zamanı analoji prosesin atom halında baş verdiyi sübut edilmişdir. Onu aktivləşdirmək üçün, bir qayda olaraq, temperatur və təzyiqin əhəmiyyətli dərəcədə artması tələb olunur.
Bərk cisimlərdə belə qaz diffuziyasına misal olaraq hidrogen korroziyasını göstərmək olar. Yüksək temperaturun (200 ilə 650 dərəcə Selsi arasında) təsiri altında bəzi kimyəvi reaksiyalar zamanı yaranan hidrogen atomlarının (H 2) metalın struktur hissəcikləri arasında nüfuz etdiyi vəziyyətlərdə özünü göstərir.
Bərk cisimlərdə hidrogenlə yanaşı, oksigen və digər qazların da diffuziyası baş verə bilər. Gözə görünməyən bu proses çox zərər gətirir, çünki metal konstruksiyalar buna görə çökə bilər.
Mayelərin metallarda diffuziyası
Bununla belə, təkcə qaz molekulları bərk cisimlərə deyil, mayelərə də nüfuz edə bilir. Hidrogen vəziyyətində olduğu kimi, əksər hallarda bu proses korroziyaya səbəb olur (əgər biz metallardan danışırıqsa).
Bərk cisimlərdə maye diffuziyasının klassik nümunəsi su (H 2 O) və ya elektrolit məhlullarının təsiri altında metalların korroziyasıdır. Çoxları üçün bu proses paslanma adı altında daha çox tanışdır. Hidrogen korroziyasından fərqli olaraq, praktikada onunla daha tez-tez rastlaşmaq lazımdır.
Diffuziyanın sürətləndirilməsi şərtləri. Diffuziya əmsalı
Baxılan prosesin baş verə biləcəyi maddələrlə məşğul olduqdan sonra onun baş vermə şərtlərini öyrənməyə dəyər.
İlk növbədə, diffuziya sürəti qarşılıqlı təsir göstərən maddələrin aqreqasiya vəziyyətindən asılıdır. Reaksiya nə qədər çox olarsa, sürəti bir o qədər yavaş olur.
Bu baxımdan mayelərdə və qazlarda diffuziya həmişə bərk cisimlərə nisbətən daha aktiv olacaqdır.
Məsələn, kalium permanganat KMnO 4 (kalium permanganat) kristalları suya atılırsa, bir neçə dəqiqə ərzində ona gözəl qırmızı rəng verəcəkdir. Bununla belə, bir parça buz KMnO 4 kristalları ilə səpib hamısını dondurucuya qoysanız, bir neçə saatdan sonra kalium permanganat donmuş H 2 O-nu tam rəngləndirə bilməyəcək.
Əvvəlki nümunədən diffuziya şərtləri haqqında daha bir nəticə çıxarmaq olar. Aqreqasiya vəziyyətindən əlavə, hissəciklərin bir-birinə nüfuz etmə sürətinə temperatur da təsir göstərir.
Baxılan prosesin ondan asılılığını nəzərə almaq üçün diffuziya əmsalı kimi bir anlayışı öyrənməyə dəyər. Bu onun sürətinin kəmiyyət xarakteristikasının adıdır.
Əksər düsturlarda böyük Latın hərfi D hərfi ilə işarələnir və SI sistemində saniyədə kvadrat metrlə (m² / s), bəzən saniyədə santimetrlə (sm 2 / m) ölçülür.
Diffuziya əmsalı, hər iki səthdə sıxlıq fərqinin (vahid uzunluğa bərabər məsafədə yerləşən) birə bərabər olması şərti ilə vahid səthə səpələnmiş maddənin miqdarına bərabərdir. D-ni müəyyən edən meyarlar hissəciklərin səpilmə prosesinin özünün getdiyi maddənin xüsusiyyətləri və onların növüdür.
Əmsalın temperaturdan asılılığını Arrhenius tənliyindən istifadə etməklə təsvir etmək olar: D = D 0exp (-E/TR).
Baxılan düsturda E prosesi aktivləşdirmək üçün tələb olunan minimum enerjidir; T - temperatur (Celsi deyil, Kelvin ilə ölçülür); R ideal qazın qaz sabiti xarakteristikasıdır.
Yuxarıda göstərilənlərin hamısına əlavə olaraq, bərk cisimlərdə, qazlarda mayelərdə diffuziya sürətinə təzyiq və şüalanma (induktiv və ya yüksək tezlikli) təsir göstərir. Bundan əlavə, çox şey katalitik maddənin mövcudluğundan asılıdır, çox vaxt hissəciklərin aktiv dispersiyasının başlaması üçün tetikleyici mexanizm kimi çıxış edir.
Diffuziya tənliyi
Bu hadisə qismən törəmələri olan diferensial tənliyin xüsusi formasıdır.
Onun məqsədi maddənin konsentrasiyasının məkanın ölçüsündən və koordinatlarından (onun yayıldığı), həmçinin zamandan asılılığını tapmaqdır. Bu halda verilmiş əmsal reaksiya üçün mühitin keçiriciliyini xarakterizə edir.
Çox vaxt diffuziya tənliyi aşağıdakı kimi yazılır: ∂φ (r,t)/∂t = ∇ x .
Onda φ (t və r) t zamanında r nöqtəsində səpilmə materialının sıxlığıdır. D (φ, r) r nöqtəsində φ sıxlığında ümumiləşdirilmiş diffuziya əmsalıdır.
∇ koordinat komponentləri qismən törəmə olan vektor diferensial operatorudur.
Diffuziya əmsalı sıxlıqdan asılı olduqda, tənlik qeyri-xətti olur. Olmayanda - xətti.
Diffuziyanın tərifini və müxtəlif mediada bu prosesin xüsusiyyətlərini nəzərdən keçirdikdə onun həm müsbət, həm də mənfi tərəflərinin olduğunu qeyd etmək olar.
Diffuziya dərəcəsi
Diffuziya fizika kursunda öyrənilən ən sadə hadisələrdən biridir. Bu proses məişət gündəlik səviyyəsində təmsil oluna bilər.
Diffuziya bir maddənin atom və molekullarının digər maddənin eyni struktur elementləri arasında qarşılıqlı nüfuzunun fiziki prosesidir. Bu prosesin nəticəsi nüfuz edən birləşmələrdə konsentrasiya səviyyəsinin düzəldilməsidir. Diffuziya və ya qarışdırma hər səhər öz mətbəxinizdə çay, qəhvə və ya bir neçə əsas komponentdən ibarət digər içkilər hazırlayarkən müşahidə edilə bilər.
Bənzər bir proses ilk dəfə 19-cu əsrin ortalarında Adolf Fick tərəfindən elmi olaraq təsvir edilmişdir. O, Latın dilindən qarşılıqlı təsir və ya paylama kimi tərcümə olunan orijinal adı verdi.
Diffuziya sürəti bir neçə amildən asılıdır:
- bədən istiliyi;
- sınaq maddəsinin aqreqasiya vəziyyəti.
Molekullar arasında çox böyük məsafələrin olduğu müxtəlif qazlarda diffuziya sürəti ən böyük olacaqdır. Molekullar arasındakı məsafənin nəzərəçarpacaq dərəcədə kiçik olduğu mayelərdə sürət də azalır. Ən kiçik diffuziya sürəti bərk maddələrdə müşahidə olunur, çünki molekulyar bağlarda ciddi bir nizam müşahidə olunur. Atomlar və molekullar özləri bir yerdə əhəmiyyətsiz salınım hərəkətləri edir. Ətraf mühitin temperaturu artdıqca diffuziya sürəti artır.
Fick qanunu
Qeyd 1
Diffuziya sürəti adətən vaxt vahidinə ötürülən maddənin miqdarı ilə ölçülür. Bütün qarşılıqlı təsirlər məhlulun kəsişmə sahəsindən keçməlidir.
Diffuziya sürətinin əsas düsturu:
$\frac(dm)(dt)=-DC\frac(dC)(dx)$ burada:
- $D$ mütənasiblik faktorudur,
- $S$ səth sahəsidir və "-" işarəsi diffuziyanın daha yüksək konsentrasiyalı sahədən aşağıya doğru getdiyini bildirir.
Fik belə bir düsturu riyazi təsvir şəklində təqdim etdi.
Buna əsasən, diffuziya sürəti konsentrasiya qradiyenti və diffuziya prosesinin aparıldığı sahə ilə düz mütənasibdir. Mütənasiblik faktoru maddənin diffuziyasını təyin edir.
Məşhur fizik Albert Eynşteyn diffuziya əmsalı üçün tənliklər əldə etdi:
$D=RT/NA \cdot 1/6\pi\etaŋr$, burada:
- $R$ universal qaz sabitidir,
- $T$ - mütləq temperatur,
- $r$ - yayılan hissəciklərin radiusu,
- $D$ - diffuziya əmsalı,
- $ŋ$ mühitin özlülüyüdür.
Bu tənliklərdən belə çıxır ki, diffuziya sürəti artacaq:
- temperatur yüksəldikdə;
- artan konsentrasiya gradienti ilə.
Diffuziya dərəcəsi azalır:
- həlledicinin özlülüyünün artması ilə;
- diffuziya edən hissəciklərin ölçüsünün artması ilə.
Molar kütlə artarsa, diffuziya əmsalı azalır. Bu halda diffuziya sürəti də azalır.
Diffuziya sürətlənməsi
Diffuziyanın sürətlənməsinə kömək edən müxtəlif şərtlər var. Diffuziya sürəti sınaq maddəsinin aqreqasiya vəziyyətindən asılıdır. Materialın yüksək sıxlığı kimyəvi reaksiyanı ləngidir. Temperatur rejimi molekulların qarşılıqlı təsir sürətinə təsir göstərir. Diffuziya sürətinin kəmiyyət xarakteristikası əmsaldır. SI ölçmə sistemində o, Latın baş hərfi D kimi qeyd olunur. O, saniyədə kvadrat santimetr və ya metrlə ölçülür.
Tərif 1
Diffuziya əmsalı müəyyən bir səth vahidi vasitəsilə başqa bir maddə arasında paylanan maddənin miqdarına bərabərdir. Qarşılıqlı əlaqə bir zaman vahidi üçün aparılmalıdır. Problemi effektiv həll etmək üçün hər iki səthdə sıxlıq fərqinin birliyə bərabər olduğu vəziyyətə nail olmaq lazımdır.
Həmçinin bərk cisimlərdə, mayelərdə qazlarda diffuziya sürətinə təzyiq və radiasiya təsir edir. Radiasiya müxtəlif növ ola bilər, o cümlədən induksiya, eləcə də yüksək tezlikli. Diffuziya müəyyən bir katalizator maddəsinə məruz qaldıqda başlayır. Onlar tez-tez sabit hissəciklərin səpilmə prosesinin yaranması üçün tətik rolunu oynayırlar.
Arrhenius tənliyindən istifadə edərək əmsalın temperaturdan asılılığı təsvir edilir. Bu belə görünür:
$D = D0exp(-E/TR)$ burada:
- $T$ - Kelvinlə ölçülən mütləq temperatur,
- $E$ diffuziya üçün tələb olunan minimum enerjidir.
Formula bütün diffuziya prosesinin xüsusiyyətləri haqqında daha çox başa düşməyə imkan verir və reaksiya sürətini təyin edir.
Xüsusi diffuziya üsulları
Bu gün zülalların molekulyar çəkisini təyin etmək üçün ənənəvi üsulları tətbiq etmək praktiki olaraq mümkün deyil. Onlar adətən ölçməyə əsaslanır:
- buxar təzyiqi;
- qaynama nöqtəsinin artması;
- məhlulların donma temperaturunun aşağı salınması.
Problemi effektiv həll etmək üçün yüksək molekulyar quruluşa malik maddələrin öyrənilməsi üçün hazırlanmış xüsusi üsullardan istifadə olunur. Onlar məhlulların diffuziya sürətinin və ya özlülüyünün müəyyən edilməsini əhatə edir.
Diffuziya sürəti ilə məsamələrin istiqamətini və formasını təyin etmək üsulu dializ sürətlərinin öyrənilməsinə əsaslanır. Bu zaman membranda sərbəst diffuziya baş verməlidir.
Natrium diffuziya sürətini təyin etmək üçün müxtəlif radioizotoplardan da istifadə edilə bilər. Bu xüsusi üsul mineralogiya və geologiya sahəsində problemləri həll etmək üçün istifadə olunur.
Məhlulda makromolekulların diffuziyasının təyin edilməsinə əsaslanan diffuziya üsulu fəal şəkildə istifadə olunur. Polimer materiallar üçün hazırlanmışdır. Metodaya uyğun olaraq diffuziya əmsalı müəyyən edilir və sonra bu məlumatlardan orta çəki molekulyar çəkisi müəyyən edilir.
Hazırda katalizatorda hidrogenin diffuziya sürətini təyin etmək üçün birbaşa üsullar mövcud deyil. Bunun üçün ikinci aktivləşdirmə yolu deyilən yol istifadə olunur.
Sürəti müəyyən etmək üçün xüsusi cihazlardan istifadə etmək adətdir. Onlar zahiri görünüşü ilə qarşıya qoyulan praktiki və elmi vəzifələrdən fərqlənirlər.
Əsərin mətni şəkillər və düsturlar olmadan yerləşdirilib.
Əsərin tam versiyası PDF formatında "İş faylları" sekmesinde mövcuddur
Diffuziya təbiətdə, insan həyatında və texnologiyada böyük rol oynayır. Diffuziya prosesləri insanların və heyvanların həyatına həm müsbət, həm də mənfi təsir göstərə bilər. Müsbət təsirə misal olaraq Yer səthinə yaxın atmosfer havasının homojen tərkibinin saxlanması göstərilə bilər. Diffuziya elm və texnikanın müxtəlif sahələrində, canlı və cansız təbiətdə baş verən proseslərdə mühüm rol oynayır. Kimyəvi reaksiyaların gedişatına təsir göstərir.
Diffuziyanın iştirakı ilə və ya bu prosesin pozulması və dəyişməsi ilə təbiətdə və insan həyatında ətraf mühitin insanın texniki tərəqqi məhsulları ilə geniş şəkildə çirklənməsi kimi mənfi hadisələr baş verə bilər.
Uyğunluq: Diffuziya sübut edir ki, cisimlər təsadüfi hərəkətdə olan molekullardan ibarətdir; diffuziya insanın, heyvanların və bitkilərin həyatında, eləcə də texnikada böyük əhəmiyyət kəsb edir.
Hədəf:
diffuziyanın temperaturdan asılı olduğunu sübut etmək;
ev təcrübələrində diffuziya nümunələrini nəzərdən keçirin;
müxtəlif maddələrdə diffuziyanın müxtəlif yollarla baş verdiyinə əmin olun.
Maddələrin termal diffuziyasını nəzərdən keçirək.
Tədqiqat məqsədləri:
"Diffuziya" mövzusunda elmi ədəbiyyatı öyrənmək.
Diffuziya sürətinin maddənin növündən, temperaturdan asılılığını sübut edin.
Diffuziya hadisəsinin ətraf mühitə və insana təsirini öyrənmək.
Diffuziya üzrə ən maraqlı təcrübələri təsvir edin və tərtib edin.
Tədqiqat üsulları:
Ədəbiyyat və internet materiallarının təhlili.
Diffuziyanın maddənin növündən və temperaturdan asılılığını öyrənmək üçün təcrübələrin aparılması.
Nəticələrin təhlili.
Tədqiqatın mövzusu: diffuziya hadisəsi, diffuziyanın gedişatının müxtəlif amillərdən asılılığı, diffuziyanın təbiətdə, texnologiyada, məişətdə təzahürü.
Hipotez: diffuziya insan və təbiət üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir.
1. Nəzəri hissə
1.1.Diffuziya nədir
Diffuziya, molekulların xaotik (təsadüfi) hərəkəti nəticəsində baş verən bitişik maddələrin kortəbii qarışmasıdır.
Başqa bir tərif: diffuziya ( lat. diffuziya- paylanma, yayılma, dispersiya) - maddənin və ya enerjinin yüksək konsentrasiyalı ərazidən aşağı konsentrasiyası olan əraziyə ötürülməsi prosesi.
Diffuziyanın ən məşhur nümunəsi qazların və ya mayelərin qarışmasıdır (mürəkkəbi suya atsanız, bir müddət sonra maye bərabər rəng alacaq).
Diffuziya maye, bərk və qazlarda baş verir. Diffuziya qazlarda ən sürətlə, mayelərdə daha yavaş, bərk cisimlərdə isə daha yavaş baş verir ki, bu da bu mühitlərdə hissəciklərin istilik hərəkətinin xarakteri ilə bağlıdır. Hər bir qaz hissəciyinin trayektoriyası qırıq xəttdir, çünki Zərrəciklər toqquşduqda hərəkət istiqamətini və sürətini dəyişirlər. Əsrlər boyu işçilər baş verən diffuziya prosesləri haqqında zərrə qədər təsəvvürə malik olmadan, bərk dəmiri karbon atmosferində qızdırmaqla metalları qaynaqlayır və polad hazırlayırdılar. Yalnız 1896-cı ildə. problemin öyrənilməsinə başlanıldı.
Molekulların diffuziyası çox yavaş gedir. Məsələn, şəkər parçası bir stəkan suyun dibinə endirilirsə və su qarışdırılmırsa, məhlulun homojen olması üçün bir neçə həftə lazımdır.
1.2. Təbiətdə diffuziyanın rolu
Diffuziyanın köməyi ilə müxtəlif qazlı maddələr havada yayılır: məsələn, yanğının tüstüsü uzun məsafələrə yayılır. Zavodların bacalarına, avtomobillərin egzoz borularına baxsanız, bir çox hallarda bacaların yanında tüstü görünür. Və sonra bir yerdə yoxa çıxır. Duman havada diffuziya yolu ilə həll olunur. Əgər tüstü sıxdırsa, onun şleyfi kifayət qədər uzağa uzanır.
Diffuziyanın nəticəsi ventilyasiya zamanı otaqda temperaturun bərabərləşdirilməsi ola bilər. Eyni şəkildə, zərərli sənaye məhsulları və avtomobillərin işlənmiş qazları ilə havanın çirklənməsi baş verir. Evdə istifadə etdiyimiz təbii yanar qaz rəngsiz və qoxusuzdur. Sızma halında bunu fərq etmək mümkün deyil, buna görə də paylayıcı stansiyalarda qaz kəskin, xoşagəlməz bir qoxu olan xüsusi bir maddə ilə qarışdırılır, hətta çox aşağı konsentrasiyada da insan tərəfindən asanlıqla hiss olunur. Bu ehtiyat tədbiri, sızma baş verərsə, otaqda qazın yığılmasını tez bir zamanda hiss etməyə imkan verir (şək. 1).
Diffuziya hadisəsinə görə atmosferin aşağı təbəqəsi - troposfer qazların qarışığından ibarətdir: azot, oksigen, karbon qazı və su buxarı. Diffuziya olmadıqda, cazibə qüvvəsinin təsiri altında təbəqələşmə baş verərdi: dibində ağır karbon qazı təbəqəsi, yuxarıda - oksigen, yuxarıda - azot, inert qazlar olardı (şək. 2).
Göydə biz də bu hadisəni müşahidə edirik. Səpələnən buludlar da diffuziya nümunəsidir və bu barədə F.Tyutçev nə qədər dəqiq deyir: “Göydə buludlar əriyir...” (şək. 3).
Çayların dənizə qovuşduğu yerdə şirin suyun duzlu su ilə qarışması diffuziya prinsipinə əsaslanır. Müxtəlif duzların məhlullarının torpaqda yayılması bitkilərin normal qidalanmasına kömək edir.
Diffuziya bitki və heyvanların həyatında mühüm rol oynayır. Qarışqalar iyli maye damcıları ilə yollarını qeyd edir və evə gedən yolu tapırlar (Şəkil 4)
Diffuziya sayəsində həşəratlar qidalarını tapırlar. Bitkilər arasında çırpınan kəpənəklər həmişə gözəl bir çiçəyə yol tapırlar. Şirin bir şey tapan arılar öz dəstələri ilə ona hücum edirlər. Bitki də diffuziya sayəsində böyüyür, çiçək açır. Axı biz deyirik ki, bitki hava ilə nəfəs alır və nəfəs alır, su içir, torpaqdan müxtəlif mikroəlavələr alır.
Yırtıcılar da ovlarını diffuziya yolu ilə tapırlar. Piranha balıqları kimi köpək balıqları da bir neçə kilometr məsafədən qan iyi hiss edir (Şəkil 5).
Diffuziya prosesləri təbii su anbarlarının və akvariumların oksigenlə təmin edilməsində mühüm rol oynayır. Oksigen durğun sularda suyun daha dərin təbəqələrinə onların sərbəst səthindən diffuziya yolu ilə daxil olur. Beləliklə, məsələn, suyun səthini örtən yarpaqlar və ya ördək otu suya oksigenin daxil olmasını tamamilə dayandıra və onun sakinlərinin ölümünə səbəb ola bilər. Eyni səbəbdən, dar boyunlu gəmilər akvarium kimi istifadə üçün yararsızdır (Şəkil 6).
Artıq qeyd edilmişdir ki, bitki və heyvanların həyat fəaliyyəti üçün diffuziya fenomeninin mənasında çoxlu ümumi cəhətlər vardır. İlk növbədə tənəffüs funksiyasının yerinə yetirilməsində bitkilərin səthi ilə diffuziya mübadiləsinin rolunu qeyd etmək lazımdır. Ağaclar üçün, məsələn, səthin (yarpaq tacı) xüsusilə böyük inkişafı müşahidə olunur, çünki yarpaqların səthi vasitəsilə diffuziya mübadiləsi tənəffüs funksiyasını yerinə yetirir. K.A. Timiryazev dedi: “İstər kökün torpaqdakı maddələrlə qidalanmasından, istər atmosferə görə yarpaqların hava ilə qidalanmasından, istərsə də bir orqanın digər, qonşu orqanın sayəsində qidalanmasından danışsaq, hər yerdə olacağıq. izahat üçün eyni səbəblərə müraciət edin. : diffuziya” (şək. 7).
Diffuziya sayəsində ağciyərlərdən oksigen insan qanına, qandan isə toxumalara daxil olur.
Elmi ədəbiyyatda mən birtərəfli diffuziya prosesini öyrəndim - osmoz, yəni. maddələrin yarıkeçirici membranlar vasitəsilə yayılması. Osmos prosesi sərbəst diffuziyadan onunla fərqlənir ki, iki təmasda olan mayenin sərhədində yalnız həlledici üçün keçirici olan və məhlulun molekulları üçün ümumiyyətlə keçirməyən bir hissə (membran) şəklində bir maneə var ( şək. 8).
Torpaq məhlullarında mineral duzlar və üzvi birləşmələr var. Torpaqdan su osmos yolu ilə kök tüklərinin yarımkeçirici membranları vasitəsilə bitkiyə daxil olur. Torpaqda suyun konsentrasiyası kök tüklərinin içindən daha yüksəkdir, ona görə də su dənə nüfuz edir və bitkiyə həyat verir.
1.3. Gündəlik həyatda və texnologiyada diffuziyanın rolu
Diffuziya bir çox texnoloji proseslərdə istifadə olunur: duzlama, şəkər istehsalı (şəkər çuğunduru qırıntıları su ilə yuyulur, şəkər molekulları yonqardan məhlula yayılır), mürəbbə bişirmək, parçaların rənglənməsi, çamaşırların yuyulması, karbürləşdirilməsi, qaynaq və lehimləmə, o cümlədən diffuziya. vakuumda qaynaq (metallar başqa üsullarla birləşdirilə bilməyən metallar qaynaqlanır - polad çuqunla, gümüş paslanmayan poladla və s.) və məmulatların diffuziya metallaşdırılması (polad məmulatların alüminium, xrom, silisium ilə səthi doyması), nitridləşmə - doyma polad səthinin azotla (polad sərtləşir, aşınmaya davamlı olur), karbürləşdirmə - polad məmulatlarının karbonla doyması, siyanidləşmə - polad səthinin karbon və azotla doyması.
Qoxuların havada yayılması qazlarda diffuziyaya ən çox rast gəlinən nümunədir. Niyə qoxu dərhal deyil, bir müddət sonra yayılır? Məsələ burasındadır ki, müəyyən istiqamətdə hərəkət edərkən qoxulu maddənin molekulları hava molekulları ilə toqquşur. Hər bir qaz hissəciyinin trayektoriyası qırıq xəttdir, çünki Zərrəciklər toqquşduqda hərəkət istiqamətini və sürətini dəyişirlər.
2. Praktiki hissə
Ətrafımızda nə qədər heyrətamiz və maraqlı şeylər baş verir! Çox şey öyrənmək istəyirəm, özüm izah etməyə çalışın. Buna görə də mən bir sıra təcrübələr aparmaq qərarına gəldim və bu təcrübə zamanı diffuziya nəzəriyyəsinin həqiqətən etibarlı olub-olmadığını, praktikada öz təsdiqini tapıb tapmadığını öyrənməyə çalışdım. İstənilən nəzəriyyə yalnız eksperimental olaraq dəfələrlə təsdiq edildikdə etibarlı hesab edilə bilər.
Təcrübə №1 Mayelərdə diffuziya hadisəsinin müşahidəsi
Hədəf: mayedə diffuziyanı öyrənin. Kalium permanganat parçalarının suda, sabit bir temperaturda (t = 20 ° C-də) həllini müşahidə edin.
Cihazlar və materiallar: stəkan su, termometr, kalium permanqanat.
Bir parça kalium permanganat və 20 ° C temperaturda iki stəkan təmiz su götürdüm. Eynəklərə kalium permanqanat parçaları qoydum və baş verənləri müşahidə etməyə başladım. 1 dəqiqədən sonra stəkanların içindəki su ləkələnməyə başlayır.
Su yaxşı həlledicidir. Su molekullarının təsiri altında kalium permanganatın bərk maddələrinin molekulları arasındakı bağlar məhv edilir.
Birinci stəkanda məhlulu qarışdırmadım, ikincisində qarışdırdım. Suyu qarışdırmaqla (çalxalamaqla) əmin oldum ki, diffuziya prosesi daha sürətli gedir (2 dəqiqə)
İlk stəkandakı suyun rəngi zaman keçdikcə daha da kəskinləşir. Su molekulları kalium permanqanat molekulları arasında nüfuz edərək cazibə qüvvələrini qırır. Molekullar arasında cazibə qüvvələri ilə eyni vaxtda itələyici qüvvələr hərəkətə başlayır və nəticədə bərk cismin kristal qəfəsi məhv olur. Kalium permanganatın həlli prosesi başa çatıb. Təcrübənin müddəti 3 saat 15 dəqiqədir. Su tamamilə qırmızıya çevrildi (Şəkil 9-12).
Belə nəticəyə gəlmək olar ki, mayedə diffuziya hadisəsi bərk maddələrin həlli ilə nəticələnən uzun bir prosesdir.
Diffuziya sürətini başqa nəyin müəyyən etdiyini öyrənmək istədim.
Təcrübə No 2 Diffuziya sürətinin temperaturdan asılılığının öyrənilməsi
Hədəf: suyun temperaturunun diffuziya sürətinə necə təsir etdiyini öyrənin.
Cihazlar və materiallar: termometrlər - 1 ədəd, saniyəölçən - 1 ədəd, eynək - 4 ədəd, çay, kalium permanqanat.
(İki stəkanda 20°C ilkin temperaturda və 100°C temperaturda çay hazırlamaq təcrübəsi).
t=20°C və t=100°C-də iki stəkan su götürdük. Rəqəmlər əvvəldən müəyyən bir müddətdən sonra təcrübənin gedişatını göstərir: təcrübənin başlanğıcında - şək. 1, 30 s sonra. - Şəkil 2, 1 dəqiqədən sonra. - Şəkil 3, 2 dəqiqədən sonra. - Şəkil 4, 5 dəqiqədən sonra. - Şəkil 5, 15 dəqiqədən sonra. - şəkil 6. Bu təcrübədən belə nəticəyə gəlmək olar ki, diffuziya sürətinə temperatur təsir edir: temperatur nə qədər yüksəkdirsə, diffuziya sürəti də bir o qədər yüksək olur (şək. 13-17).
Çay yerinə 2 stəkan su qəbul edəndə də eyni nəticəni aldım. Onlardan birində otaq temperaturunda su, ikincisində qaynar su var idi.
Hər stəkana eyni miqdarda kalium permanganat atdım. Suyun temperaturu daha yüksək olan stəkanda diffuziya prosesi daha sürətli gedirdi (şək. 18-23).
Buna görə də diffuziya sürəti temperaturdan asılıdır - temperatur nə qədər yüksək olarsa, bir o qədər intensiv diffuziya baş verir.
Təcrübə №3 Kimyəvi reagentlərdən istifadə etməklə diffuziyanın müşahidəsi
Hədəf: Diffuziya hadisəsinin məsafədən müşahidəsi.
Avadanlıq: pambıq yun, ammonyak, fenolftalein, sınaq borusu.
Təcrübə təsviri: Bir sınaq borusuna ammonyak tökün. Bir parça pambıq yununu fenolftaleinlə nəmləndirin və sınaq borusunun üstünə qoyun. Müəyyən vaxt keçdikdən sonra yunun boyanmasını müşahidə edirik (şək. 24-26).
Ammonyak buxarlanır; ammonyak molekulları fenolftaleinlə nəmlənmiş pambığa nüfuz etdi və pambıq yun spirtlə təmasda olmasa da, ləkələndi. Alkoqol molekulları hava molekulları ilə qarışaraq yununa çatdı. Bu təcrübə məsafədə diffuziya fenomenini nümayiş etdirir.
Təcrübə nömrəsi 4. Qazlarda diffuziya hadisəsinin müşahidəsi
Hədəf: otaqda temperaturun dəyişməsindən asılı olaraq qazın havada diffuziyasında dəyişikliklərin öyrənilməsi.
Cihazlar və materiallar: saniyəölçən, ətir, termometr
Təcrübə və nəticələrin təsviri:Mən t = +20 0 temperaturda ofisdə V=120m 3 ətir qoxusunun yayılma vaxtını öyrənmişəm. Tədqiq olunan obyektdən (ətirdən) 10 m məsafədə dayanan insanlarda qoxunun otaqda yayılmasının başlanğıcından aydın həssaslığın əldə edilməsinə qədər olan vaxt qeydə alınıb. (şək. 27-29)
Təcrübə № 5 Quaş parçalarının suda, sabit temperaturda həll edilməsi
Hədəf:
Cihazlar və materiallar:üç stəkan, su, üç rəngdə quaş.
Təcrübə və əldə edilən nəticələrin təsviri:
Üç stəkan götürdülər, t = 25 0 C su götürdülər, eyni quaş parçalarını stəkanlara atdılar.
Quaşın əriməsini müşahidə etməyə başladıq.
1 dəqiqə, 5 dəqiqə, 10 dəqiqə, 20 dəqiqədən sonra çəkilmiş fotoşəkillər, 4 saat 19 dəqiqədən sonra ərimə başa çatdı (Şəkil 30-34)
Təcrübə № 6 Bərk cisimlərdə diffuziya hadisəsinin müşahidəsi
Hədəf: bərk cisimlərdə diffuziyanın müşahidəsi.
Cihazlar və materiallar: alma, kartof, yerkökü, "parlaq yaşıl" məhlul, pipet.
Təcrübə və əldə edilən nəticələrin təsviri:
Alma, yerkökü, kartofu yarılardan birinə "damcı yaşıl" kəsdik.
Ləkənin səthə yayılmasına baxın
İçəriyə nə qədər dərin nüfuz etdiyini görmək üçün parlaq yaşılla təmas yerində kəsdik (şək. 35-37)
Bərk cisimlərdə diffuziyanın mümkünlüyü haqqında fərziyyəni təsdiqləmək üçün təcrübəni necə aparmaq olar? Belə birləşmə vəziyyətində maddələri qarışdırmaq olarmı? Çox güman ki, cavab "Bəli" olacaq. Lakin qalın gellərdən istifadə edərək bərk maddələrdə (çox viskoz) diffuziyanı müşahidə etmək rahatdır. Bu jelatinin sıx bir həllidir. Aşağıdakı kimi hazırlana bilər: 4-5 q quru yeməli jelatini soyuq suda həll edin. Jelatin əvvəlcə bir neçə saat şişməlidir, sonra 100 ml suda qarışdırılaraq tamamilə həll edilir, isti su ilə bir qaba endirilir. Soyuduqdan sonra 4-5% jelatin məhlulu alınır.
Təcrübə № 7 Qalın gellərdən istifadə edərək diffuziyanın müşahidəsi
Hədəf: Bərk cisimlərdə diffuziya fenomeninin müşahidəsi (qalın jelatinin məhlulundan istifadə etməklə).
Avadanlıq: 4% jelatin məhlulu, sınaq borusu, kalium permanqanatın kiçik kristalı, cımbız.
Təcrübənin təsviri və nəticəsi: Jelatin məhlulunu sınaq borusuna yerləşdirin, cəld, bir hərəkətlə, kalium permanqanatın kristalını cımbızla daxil edin.
Təcrübənin əvvəlində kalium permanqanat kristalı
1,5 saatdan sonra jelatin məhlulu olan bir flakonda kristalın yeri
Bir neçə dəqiqə ərzində kristalın ətrafında bənövşəyi rəngli bir top böyüməyə başlayacaq, zaman keçdikcə daha da böyüyür. Bu o deməkdir ki, kristalın maddəsi bütün istiqamətlərə eyni sürətlə yayılır (şək. 38-39).
Diffuziya bərk cisimlərdə baş verir, lakin maye və qazlara nisbətən daha yavaş olur.
Təcrübə № 8 Mayedə temperatur fərqi - termal diffuziya
Hədəf:İstilik diffuziya hadisəsinin müşahidəsi.
Avadanlıq: 4 ədəd eyni şüşə banka, 2 rəng boya, isti və soyuq su, 2 ədəd plastik kart.
Təcrübənin təsviri və nəticəsi:
1. 1 və 2-ci qablara bir qədər qırmızı boya, 3 və 4-cü qablara mavi boya əlavə edin.
2. 1 və 2-ci qablara qaynar su tökün.
3. 3 və 4-cü qablara soyuq su tökün.
4. Gəmi 1 plastik kartla örtülür, tərs çevrilir və 4-cü qabın üzərinə qoyulur.
5. Gəmi 3 plastik kartla örtülür, tərs çevrilir və 2-ci qabın üzərinə qoyulur.
6. Hər iki kartı çıxarın.
Bu təcrübə istilik diffuziyasının təsirini nümayiş etdirir. Birinci halda, isti su soyuq suyun üstündədir və temperaturlar bərabər olana qədər diffuziya baş vermir. İkinci halda isə, əksinə, altda isti, yuxarıda isə soyuq olur. Və ikinci halda, isti su molekulları yuxarıya doğru, soyuq su molekulları isə aşağıya doğru hərəkət etməyə başlayır (şəkil 41-44).
Nəticə
Bu tədqiqat işi zamanı belə nəticəyə gəlmək olar ki, diffuziya insan və heyvanların həyatında böyük rol oynayır.
Bu tədqiqat işinin gedişində belə qənaətə gəlmək olar ki, diffuziyanın müddəti temperaturdan asılıdır: temperatur nə qədər yüksək olarsa, diffuziya bir o qədər tez baş verir.
Mən müxtəlif maddələrin timsalında diffuziya hadisəsini öyrəndim.
Axın sürəti maddənin növündən asılıdır: qazlarda mayelərə nisbətən daha sürətli axır; bərk cisimlərdə diffuziya çox yavaş gedir.Bu ifadəni belə izah etmək olar: qaz molekulları sərbəstdir, molekulların ölçüsündən çox böyük məsafələrdə yerləşir və yüksək sürətlə hərəkət edirlər. Mayelərin molekulları qazlardakı kimi təsadüfi düzülür, lakin daha sıxdır. Hər bir molekul qonşu molekullarla əhatə olunaraq yavaş-yavaş mayenin içərisində hərəkət edir. Bərk cisimlərin molekulları tarazlıq mövqeyi ətrafında fırlanır.
Termal diffuziya var.
Biblioqrafiya
Gendenstein, L.E. Fizika. 7-ci sinif. 1-ci hissə / L.E. Gendenşteyn, A.B., Kaydalov. - M: Mnemosyne, 2009.-255 s.;
Kirillova, İ.G. Orta məktəbin 7-ci sinif şagirdləri üçün fizikadan oxumaq üçün kitab / I.G. Kirillova.- M., 1986.-207 s.;
Olgin, O. Partlayışsız eksperimentlər / O. Olgin.- M.: Ximik, 1986.-192 s.;
Perışkin, A.V. Fizika dərsliyi 7-ci sinif / A.V. Perışkin.- M., 2010.-189 s.;
Razumovski, V.G. Fizikada yaradıcı tapşırıqlar / V.G. Razumovski.- M., 1966.-159 s.;
Rızhenkov, A.P. Fizika. İnsan. Ətraf mühit: Təhsil müəssisələrinin 7-ci sinfi üçün fizika dərsliyinə ərizə / A.P. Rızhenkov.- M., 1996.- 120 s.;
Çuyanov, V.A. Gənc fizikin ensiklopedik lüğəti / V.A. Çuyanov.- M., 1984.- 352 s.;
Şablovski, V. Əyləncəli fizika / V. Şablovski. S.-P., Triqon, 1997.-416 s.
Ərizə
şəkil 1
rəqəm 2
rəqəm 3
rəqəm 4
rəqəm 5
rəqəm 6
rəqəm 7
Solvent hissəcikləri (mavi) membranı keçə bilir,
həll olunan hissəciklər (qırmızı) deyil.
rəqəm 8
rəqəm 9
rəqəm 10
rəqəm 11
rəqəm 12
rəqəm 13
rəqəm 14
rəqəm 15
rəqəm 16
rəqəm 17
rəqəm 18
rəqəm 19
rəqəm 20
rəqəm 21
rəqəm 22
rəqəm 23
rəqəm 24
rəqəm 25
rəqəm 26
rəqəm 27
rəqəm 28
rəqəm 29
rəqəm 30
rəqəm 31
rəqəm 32
rəqəm 33
rəqəm 34
rəqəm 35
rəqəm 36
Səhifə 1
Kristallaşma yerinə diffuziya sürəti və deməli, kristalların böyüməsi çox dərəcədə mühitin özlülüyündən asılıdır və özlülük azaldıqca artır.
Temperaturun artması ilə diffuziya sürəti artır.
| Diffuziya mexanizmlərinin sxemi. |
Diffuziya sürəti vahid vaxtda interfeysin vahid sahəsindən yayılan m maddənin miqdarı ilə müəyyən edilir. Yayılan (vahid vaxta görə) maddənin miqdarı m elementin interfeysə normal istiqamətdə konsentrasiya qradiyenti dC / dx asılıdır və diffuziya əmsalı D ilə mütənasibdir: m - D (dC / dx), burada dC konsentrasiya; dx - seçilmiş istiqamətdə məsafə.
Metal bir az oksidləşərsə, diffuziya dərəcəsi əhəmiyyətli dərəcədə azalır. Palladium və bəzi digər metallar ilkin istilik müalicəsi ilə xüsusilə məhv edilir. Chem müəyyən etdi ki, yeni passiv palladium üçün diffuziya sürəti bir neçə saat 1000 C-ə qədər qızdırıldıqdan sonra ilkin dəyərinin əllidə birinə enir. Keçiricilik oksigendə 500 C-yə qədər qızdırılmaqla bərpa olunur və oksigen filmi əmələ gəlir, sonra bərpa olunur. 150 C-də hidrogenlə müalicə. Azotda qızdırma palladiumun keçiriciliyini artırır. Bauclo və Kaiser [5a] nikel vasitəsilə hidrogenin diffuziya sürətinin 850 C-ə qədər sabit qaldığını və daha yüksək temperaturda tədricən azaldığını aşkar etdilər. 1060 C-də altı saatdan sonra sürət orijinal dəyərin 30% -i azalır.
Diffuziya sürəti həm də diffuziyanın baş verdiyi metalın ilkin istilik müalicəsindən asılıdır. Əgər qazdan təmizlənmiş təzə hazırlanmış palladium preparatı 300 və 760 mm təzyiqdə müəyyən diffuziya sürəti verirsə, eyni diffuziya sürətini vermək üçün başqa bir palladium preparatı, məsələn, 760 mm təzyiqdə 600-ə qədər qızdırılmasını tələb edə bilər. Dəmir azotla təmasda olsaydı, hidrogenin diffuziya sürəti 10 - 15 dəfə yüksək ola bilər, lakin diffuziya əyriləri daha yüksək temperaturlara qədər qızdırıldıqda əvvəlki vəziyyətləri ilə üst-üstə düşür.
Diffuziya dərəcələri polimer və molekulları kiçik olan reagentlər arasındakı reaksiyalarda da həlledici rol oynayır. Əgər, məsələn, oksigenin rezinə diffuziya sürəti onun polimer nümunəsində sabit konsentrasiyasını saxlamaq üçün kifayət qədər sürətli deyilsə, onda diffuziya sürəti təyin edən prosesə çevrilir və kəmiyyət kinetik ölçmələr üzrə bütün cəhdlər uğursuz olacaq. Eyni təsirlər heterojen hidroliz reaksiyalarında da mümkündür.
Diffuziya sürəti məhlulun ümumi konsentrasiyasına mütənasibdir və temperaturun artması ilə güclü şəkildə artır. Öz növbəsində, diffuziyanın sürətlənməsi elektrolizin sürətlənməsinə səbəb olur. Beləliklə, məsələn, SnQ4 0-nin soyuq məhlulundan qarışdırmaqla elektroliz zamanı 2 q qalay 15 - 17 A cərəyanla 70 dəqiqəyə, isti məhluldan isə cəmi 30 dəqiqəyə buraxılır.
Diffuziya sürəti, görünür, məsamələrin diametrinin azalması ilə azalmalıdır və bu kəmiyyətlər arasındakı dəqiq funksional asılılıq məsamələrin daxilindəki diffuziya növü ilə müəyyən ediləcəkdir. Tərkibində o qədər kiçik metal palladium hissəcikləri olan katalizatorla bağlı məsələyə baxaq ki, onlar məsamə diametrindən asılı olmayaraq eyni sıxlığa malik aktivləşdirilmiş karbonun səthində paylanır.
Turbulent axında diffuziya və buxarlanma sürəti turbulentliyin intensivliyi və miqyası kimi xüsusiyyətlərlə müəyyən edilir.
Diffuziya sürəti mühitin konsentrasiya fərqi, temperaturu və özlülüyü ilə müəyyən edilir.