Diffusionshastigheden afhænger ikke af temperaturen. Diffusion i faste stoffer, væsker og gasser: definition, betingelser

Afhængighed af diffusionshastigheden af molekyler af temperaturen af et stof Afhængighed af diffusionshastigheden af molekyler af temperaturen af et stof Projektforfatter: Maxim Karapuzov, 7. klasse elev Projektforfatter: Maxim Karapuzov, 7. klasse elev MBOU "SECONDARY EDUCATIONAL SKOLE 40" BELGORODSKY DISTRICT, STARY OSCOL Supervisor: Gavryushina Lyudmila Konstantinovna , fysiklærer, fysiklærer, MBOU "SECONDARY SCHOOL 40" BELGORODSKY DISTRICT, STARY Oskol

Problemformulering Hvorfor blandes stoffer? Hvorfor blandes stoffer? Hvad er spredningens rolle i verden omkring os? Hvad er spredningens rolle i verden omkring os? Hvad afhænger diffusionsprocessen af? Hvad afhænger diffusionsprocessen af?

Fortolkning af resultater Diffusion er en tidsproces. Diffusionens varighed afhænger af temperaturen og typen af stof: Jo højere temperatur, jo hurtigere er diffusionsprocessen. Som et resultat af eksperimenterne var jeg overbevist om, at den hypotese, jeg fremsatte, var fuldt ud bekræftet. Med stigende temperatur vil diffusionen af molekyler i en væske faktisk ske hurtigere. Jo flere gennemsnitshastighed bevægelse af kropsmolekyler, jo højere dens temperatur

Diffusionshastighed

Diffusion er et af de enkleste fænomener, der studeres som en del af et fysikkursus. Denne proces kan repræsenteres på det daglige hverdagsniveau.

Diffusion er fysisk proces gensidig penetration af atomer og molekyler af et stof mellem de samme strukturelle elementer af et andet stof. Resultatet af denne proces er udligningen af koncentrationsniveauet i de penetrerende forbindelser. Diffusion eller blanding kan ses hver morgen i dit eget køkken, når du tilbereder te, kaffe eller andre drikkevarer, der indeholder flere grundkomponenter.

En lignende proces var først i stand til at blive videnskabeligt beskrevet af Adolf Fick i midten af det 19. århundrede. Han gav ham original titel, som er oversat fra latinsk sprog som interaktion eller distribution.

Diffusionshastigheden afhænger af flere faktorer:

kropstemperatur;
aggregeringstilstand teststof.

I forskellige gasser, hvor der er meget store afstande mellem molekyler, vil diffusionshastigheden være størst. I væsker, hvor afstanden mellem molekylerne er mærkbart mindre, falder hastigheden også. Den laveste diffusionshastighed observeres i faste stoffer, da der er en streng rækkefølge i molekylære bindinger. Atomer og molekyler fungerer selv mindre oscillerende bevægelser på ét sted. Diffusionshastigheden stiger med stigende omgivelsestemperatur.

Ficks lov

Note 1

Diffusionshastigheden måles normalt ved mængden af stof, der overføres pr. tidsenhed. Alle interaktioner skal ske gennem opløsningens tværsnitsareal.

Den grundlæggende formel for diffusionshastighed er:

$\frac(dm)(dt)=-DC\frac(dC)(dx)$, hvor:

$D$ er proportionalitetskoefficienten,
$S$ er overfladearealet, og tegnet "-" betyder, at diffusionen fortsætter fra et område med højere koncentration til et lavere.

Denne formel blev præsenteret i form af en matematisk beskrivelse af Fick.

Ifølge den er diffusionshastigheden direkte proportional med koncentrationsgradienten og det område, hvorigennem diffusionsprocessen foregår. Proportionalitetskoefficienten bestemmer diffusionen af et stof.

Den berømte fysiker Albert Einstein udledte ligninger for diffusionskoefficienten:

$D=RT/NA \cdot 1/6\pi\etaŋr$, hvor:

$R$ er den universelle gaskonstant,
$T$- absolut temperatur,
$r$ er radius af diffuserende partikler,
$D$ - diffusionskoefficient,
$ŋ$ er mediets viskositet.

Af disse ligninger følger det, at diffusionshastigheden vil stige:

når temperaturen stiger;
med stigende koncentrationsgradient.

Diffusionshastigheden falder:

med stigende opløsningsmiddelviskositet;
med stigende størrelse af diffuserende partikler.

Hvis molær masse stiger, så falder diffusionskoefficienten. I dette tilfælde falder diffusionshastigheden også.

Acceleration af diffusion

Der er forskellige forhold, som hjælper med at accelerere diffusionen. Diffusionshastigheden afhænger af aggregeringstilstanden for det undersøgte stof. Materialets høje densitet bremser den kemiske reaktion. Molekylernes interaktionshastighed påvirkes af temperatur regime. Kvantitative egenskaber Diffusionshastigheden er en koefficient. I SI-målesystemet er det betegnet som latin store bogstaver D. Det måles i kvadratcentimeter eller meter pr. sekund af tid.

Definition 1

Diffusionskoefficienten er lig med mængden af et stof, der er fordelt mellem et andet stof gennem en bestemt overfladeenhed. Interaktionen skal udføres over en tidsenhed. For effektivt at løse problemet er det nødvendigt at opnå en tilstand, når forskellen i tætheder på begge overflader er lig med enhed.

Også diffusionshastigheden i faste stoffer og væsker i gasser påvirkes af tryk og stråling. Stråling kan være forskellige typer, herunder induktion, samt højfrekvent. Diffusion begynder, når den udsættes for et bestemt katalysatorstof. De fungerer ofte som en trigger for fremkomsten af en stabil proces med partikelspredning.

Ved hjælp af Arrhenius-ligningen beskrives koefficientens afhængighed af temperaturen. Det ser sådan ud:

$D = D0exp(-E/TR)$, hvor:

$T$ er den absolutte temperatur, som måles i Kelvin,
$E$ er den mindste energi, der kræves til diffusion.

Formlen giver os mulighed for at forstå mere om karakteristiske træk hele diffusionsprocessen og bestemmer reaktionshastigheden.

Særlige diffusionsmetoder

I dag er det praktisk talt umuligt at bruge konventionelle metoder til at bestemme molekylvægten af proteiner. De er normalt baseret på målingen:

damptryk;
forøgelse af kogepunktet;
sænke frysepunktet for opløsninger.

For effektiv løsning opgaver anvendes specielle metoder, der er designet til at studere stoffer med høj molekylær struktur. De involverer bestemmelse af opløsningernes diffusionshastighed eller viskositet.

Metoden til at bestemme orienteringen og formen af porer ud fra diffusionshastigheden er baseret på undersøgelsen af dialysehastigheder. Fri diffusion bør forekomme i membranen i dette øjeblik.

Forskellige radioisotoper kan også bruges til at bestemme diffusionshastigheden af natrium. Denne specielle metode bruges til at løse problemer inden for mineralogi og geologi.

Diffusionsmetoden anvendes aktivt, som er baseret på at bestemme diffusionen af makromolekyler i opløsning. Det blev udviklet til polymermaterialer. Ifølge metoden bestemmes diffusionskoefficienten, og derefter bestemmes den massegennemsnitlige molekylvægt ud fra disse data.

I øjeblikket er der ingen direkte metoder til at bestemme graden af hydrogendiffusion i en katalysator. Til dette bruges den såkaldte anden aktiveringsvej.

For at bestemme hastigheden er det sædvanligt at bruge specielle enheder. De adskiller sig i udseende fra de tildelte praktiske og videnskabelige opgaver.

Diffusion er oversat fra latin som distribution eller interaktion. Diffusion er et meget vigtigt begreb i fysik. Essensen af diffusion er penetration af nogle molekyler af et stof ind i andre. Under blandingsprocessen udlignes koncentrationerne af begge stoffer efter det volumen, de optager. Et stof flytter sig fra et sted med en højere koncentration til et sted med en lavere koncentration, på grund af dette udligner koncentrationerne.

Så fænomenet, hvor gensidig penetration af molekyler af et stof mellem molekylerne i et andet forekommer, kaldes diffusion.

Efter at have overvejet, hvad diffusion er, bør vi gå videre til de forhold, der kan påvirke hastigheden af forekomsten af dette fænomen.

Faktorer, der påvirker diffusionshastigheden

For at forstå, hvad diffusion afhænger af, lad os overveje de faktorer, der påvirker den.

Diffusion afhænger af temperaturen. Diffusionshastigheden vil stige med stigende temperatur, for når temperaturen stiger, vil molekylernes bevægelseshastighed stige, det vil sige, at molekylerne blandes hurtigere. (Det ved I alle i koldt vand sukker er lang tid om at opløses)

Og når man tilføjer ydre påvirkning (en person rører sukker i vand) diffusion vil forløbe hurtigere. Stoffets tilstand vil også påvirke det, diffusionen afhænger af, nemlig diffusionshastigheden. Termisk diffusion afhænger af typen af molekyler. For eksempel, hvis en genstand er metal, så sker termisk diffusion hurtigere, i modsætning til hvis objektet var lavet af et syntetisk materiale. Diffusion mellem faste materialer sker meget langsomt.

Så diffusionshastigheden afhænger af: temperatur, koncentration, ydre påvirkninger, stoffets aggregeringstilstand

Diffusion er af stor betydning i naturen og i menneskelivet.

Eksempler på diffusion

For bedre at forstå, hvad diffusion er, lad os se på det med eksempler Lad os sammen give eksempler på diffusionsprocessen i gasser. Varianter af manifestation af dette fænomen kan være som følger:

Spreder duften af blomster;

Spreder duften af grillet kylling, som hvalpen Antoshka så godt kan lide;

Tårer over at hakke løg;

Et spor af parfume, der kan mærkes i luften.

Mellemrummene mellem partikler i luften er ret store, partiklerne bevæger sig kaotisk, så diffusion gasformige stoffer sker ret hurtigt.

Et simpelt og tilgængeligt eksempel på spredning af faste stoffer er at tage to stykker flerfarvet plasticine og ælte dem i dine hænder og observere, hvordan farverne blandes. Og derfor, uden ydre påvirkning, hvis du blot trykker to stykker mod hinanden, vil det tage måneder eller endda år for de to farver at blande sig i det mindste lidt, så at sige, at trænge ind i hinanden.

Manifestationerne af diffusion i væsker kan være som følger:

Opløsning af en dråbe blæk i vand;

- "Løret er falmet" farven på våde stoffer;

Syltning af grøntsager og fremstilling af marmelade

Så, diffusion er blanding af molekyler af et stof under deres tilfældige termiske bevægelse.

Side 1

Geller og Tak-Go Sun forklarer diffusionshastighedens afhængighed af stålsammensætningen ved, at tilstedeværelsen i metallet af additiver, der har en større eller mindre affinitet for brint end jern, fører til en tilsvarende ændring i diffusionskoefficienten, og derfor til en ændring i aktiveringsenergien af diffusionsprocessen.

Afhængigheden af diffusionshastigheden af stoffer med lav molekylvægt i krystalliserende copolymerer på kædesammensætningen er vist i fig. 5,14, 5,15. Det kan ses, at efterhånden som matrixen amorfiserer, falder forskellene mellem DKP og Al, og i mellemområdet af copolymersammensætninger (/cr 0) falder de sammen med hinanden.

Afhængigheden af diffusionshastigheden af urenhedselementer i et fast opløsningsmiddel af kornstørrelsen er velkendt.

På grund af diffusionshastighedens afhængighed af temperaturen er OM's evne til at trænge ind i lak og andre belægninger under vinterforhold meget lav. For eksempel, ved - 10 C, trænger praktisk talt OM ikke ind i maling og lakbelægninger.

Typer af kinetik sorptionskurver (1 og desorption (2. betegnelser i teksten.| De mest almindelige former for honeycomb-celler. a - sekskantet, b - rektangulært, b - fleksibelt, d - forstærket sekskantet, 9 - kvadratisk (en type rektangulær.

Da diffusions- og afslapningshastighedernes afhængighed af temperatur og koncentration ikke er den samme, under de samme temperatur- og koncentrationsbetingelser C. Derfor er en overgang fra C med en ændring i temperatur og koncentration mulig.

Typer af kinetik sorptionskurver (1 og desorption (2. betegnelser i teksten.| De mest almindelige former for honeycomb-celler. a - sekskantet, b - rektangulært, c - fleksibelt, d - forstærket sekskantet, d - kvadratisk (en type rektangulær.

Præsenter en graf over diffusionshastighed versus hastighed kemisk reaktion på temperatur for en heterogen reaktion og angive i hvilket temperaturområde reaktionen sker i diffusionsområdet, og i hvilket i det kinetiske område.

Det er meget vigtigt at kende diffusionshastighedens afhængighed af buediameteren.

Det er også let at forklare diffusionshastighedens afhængighed af temperaturen. Højere temperatur betyder højere molekylære hastigheder og hurtigere diffusion. Tilstedeværelsen af temperaturgradienter fører til termisk diffusion. Fænomenet med termisk diffusion er, at tilstedeværelsen af en temperaturgradient i en blanding af to gasser fører til fremkomsten af en gradient i de relative koncentrationer af disse komponenter. Hvis blandingen som helhed er i hvile, vil koncentrationsgradienten ved ligevægt være sådan, at virkningen af termisk diffusion afbalanceres af virkningen af almindelig diffusion.

Det er også let at forstå diffusionshastighedens afhængighed af temperatur og tryk. Højere temperatur betyder højere molekylære hastigheder og hurtigere diffusion. Mere højt blodtryk betyder kortere fri vejlængde og langsommere diffusion.

Det er også let at forstå diffusionshastighedens afhængighed af temperaturen. Højere temperatur betyder højere molekylære hastigheder og hurtigere diffusion. Tilstedeværelsen af temperaturgradienter fører til termisk diffusion. Fænomenet med termisk diffusion er, at tilstedeværelsen af en temperaturgradient i en blanding af to gasser fører til fremkomsten af en gradient i de relative koncentrationer af disse komponenter.

I dette arbejde bestemte vi afhængigheden af diffusionshastigheden af kobberioner til glas af arten og mængden af alkalioxider i glasset samt af arten af oxiderne af jordalkalielementer.

Fysik er en af de mest interessante, mystiske og på samme tid logiske videnskaber. Hun forklarer alt, hvad der kan forklares, også hvordan te bliver sød og suppe bliver salt. En sand fysiker ville sige anderledes: det er sådan diffusion sker i væsker.

Diffusion

Diffusion er en magisk penetrationsproces små partikler et stof ind i et andets intermolekylære rum. Forresten er en sådan penetration gensidig.

Ved du, hvordan dette ord er oversat fra latin? Spredning, spredning.

Hvordan opstår diffusion i væsker?

Diffusion kan observeres under interaktionen af alle stoffer: flydende, gasformige og faste.

For at finde ud af, hvordan diffusion sker i væsker, kan du prøve at smide et par korn maling, formalet bly eller for eksempel kaliumpermanganat i en gennemsigtig beholder med rent vand. Det er bedre, hvis dette fartøj er højt. Hvad vil vi se? Først vil krystallerne synke til bunds under påvirkning af tyngdekraften, men efter et stykke tid vil der dukke en glorie af farvet vand op omkring dem, som spreder sig og spreder sig. Hvis vi ikke nærmer os disse fartøjer i mindst flere uger, vil vi opdage, at vandet bliver næsten helt farvet.

En anden klart eksempel. For at sukker eller salt kan opløses hurtigere, skal de røres i vand. Men hvis dette ikke gøres, vil sukkeret eller saltet efter nogen tid opløses af sig selv: teen eller kompotten bliver sød, og suppen eller saltlagen bliver salt.

Hvordan diffusion sker i væsker: erfaring

For at bestemme, hvordan diffusionshastigheden afhænger af stoffets temperatur, kan du udføre et lille, men meget vejledende eksperiment.

Lad os tage to glas af samme volumen: et med koldt vand, den anden - med varmt. Hæld en lige stor mængde instantpulver (f.eks. kaffe eller kakao) i begge glas. I et af karrene vil pulveret begynde at opløses mere intensivt. Ved du præcis hvilken? Kan du gætte? Hvor vandtemperaturen er højere! Når alt kommer til alt, sker diffusion under den tilfældige kaotiske bevægelse af molekyler, og hvornår høje temperaturer denne bevægelse sker meget hurtigere.

Diffusion kan forekomme i ethvert stof, kun tidspunktet for forekomsten af dette fænomen er forskelligt. De fleste høj hastighed- i gasser. Det er derfor, det ikke kan opbevares i køleskabet. smør ved siden af sild eller spæk, revet med finthakket hvidløg. Dernæst kommer væskerne (fra laveste til højeste densitet). Og den langsomste er diffusionen af faste stoffer. Selvom der ved første øjekast ikke findes diffusion i faste stoffer.