La velocità di diffusione non dipende dalla temperatura. Diffusione nei solidi, liquidi e gas: definizione, condizioni

Dipendenza della velocità di diffusione delle molecole dalla temperatura di una sostanza Dipendenza della velocità di diffusione delle molecole dalla temperatura di una sostanza Autore del progetto: Maxim Karapuzov, studente di 7a elementare Autore del progetto: Maxim Karapuzov, studente di 7a elementare MBOU "EDUCAZIONE SECONDARIA SCUOLA 40" DISTRETTO BELGORODSKY, STARY OSCOL Supervisore: Gavryushina Lyudmila Konstantinovna, insegnante di fisica, insegnante di fisica, MBOU "SCUOLA SECONDARIA 40" DISTRETTO BELGORODSKY, STARY Oskol

Dichiarazione del problema Perché le sostanze si mescolano? Perché le sostanze si mescolano? Qual è il ruolo della diffusione nel mondo che ci circonda? Qual è il ruolo della diffusione nel mondo che ci circonda? Da cosa dipende il processo di diffusione? Da cosa dipende il processo di diffusione?

Interpretazione dei risultati La diffusione è un processo temporale. La durata della diffusione dipende dalla temperatura e dal tipo di sostanza: maggiore è la temperatura, più veloce è il processo di diffusione. A seguito degli esperimenti, ero convinto che l'ipotesi da me avanzata fosse pienamente confermata. Infatti, con l'aumentare della temperatura, la diffusione delle molecole in un liquido avverrà più velocemente. Di più velocità media movimento delle molecole del corpo, maggiore è la sua temperatura

Velocità di diffusione

La diffusione è uno dei fenomeni più semplici che vengono studiati come parte di un corso di fisica. Questo processo può essere rappresentato a livello quotidiano.

La diffusione è processo fisico penetrazione reciproca di atomi e molecole di una sostanza tra gli stessi elementi strutturali di un'altra sostanza. Il risultato di questo processo è l'equalizzazione del livello di concentrazione nei composti penetranti. La diffusione o la miscelazione possono essere osservate ogni mattina nella propria cucina durante la preparazione di tè, caffè o altre bevande che contengono diversi componenti di base.

Un processo simile fu descritto scientificamente per la prima volta da Adolf Fick a metà del XIX secolo. Glielo ha dato titolo originale, che è tradotto da Lingua latina come interazione o distribuzione.

La velocità di diffusione dipende da diversi fattori:

temperatura corporea;
stato di aggregazione sostanza di prova.

IN vari gas, dove ci sono distanze molto grandi tra le molecole, la velocità di diffusione sarà maggiore. Nei liquidi, dove la distanza tra le molecole è notevolmente minore, anche la velocità diminuisce. Il tasso di diffusione più basso si osserva in solidi, poiché i legami molecolari mostrano un ordine rigoroso. Gli atomi e le molecole stessi hanno prestazioni minori movimenti oscillatori in un posto. La velocità di diffusione aumenta con l’aumentare della temperatura ambiente.

Legge di Fick

Nota 1

La velocità di diffusione viene solitamente misurata dalla quantità di sostanza trasferita per unità di tempo. Tutte le interazioni devono avvenire attraverso l'area della sezione trasversale della soluzione.

La formula di base per la velocità di diffusione è:

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

$D$ è il coefficiente di proporzionalità,
$S$ è l'area della superficie, e il segno “-” significa che la diffusione procede da un'area a concentrazione maggiore a una a concentrazione minore.

Questa formula è stata presentata sotto forma di descrizione matematica da Fick.

Secondo esso, la velocità di diffusione è direttamente proporzionale al gradiente di concentrazione e all'area attraverso la quale avviene il processo di diffusione. Il coefficiente di proporzionalità determina la diffusione di una sostanza.

Il famoso fisico Albert Einstein derivò le equazioni per il coefficiente di diffusione:

$D=RT/NA \cdot 1/6\pi\etaŋr$, dove:

$R$ è la costante universale dei gas,
$T$- temperatura assoluta,
$r$ è il raggio delle particelle che diffondono,
$D$ - coefficiente di diffusione,
$ŋ$ è la viscosità del mezzo.

Da queste equazioni segue che la velocità di diffusione aumenterà:

quando la temperatura aumenta;
con gradiente di concentrazione crescente.

La velocità di diffusione diminuisce:

con l'aumento della viscosità del solvente;
con l’aumento della dimensione delle particelle diffondenti.

Se massa molare aumenta, quindi il coefficiente di diffusione diminuisce. In questo caso diminuisce anche la velocità di diffusione.

Accelerazione della diffusione

Ci sono varie condizioni, che aiutano ad accelerare la diffusione. La velocità di diffusione dipende dallo stato di aggregazione della sostanza oggetto di studio. L'elevata densità del materiale rallenta la reazione chimica. La velocità di interazione delle molecole è influenzata da regime di temperatura. Caratteristiche quantitative La velocità di diffusione è un coefficiente. Nel sistema di misurazione SI è designato come latino lettere maiuscole D. Si misura in centimetri quadrati o metri al secondo di tempo.

Definizione 1

Il coefficiente di diffusione è uguale alla quantità di una sostanza che viene distribuita tra un'altra sostanza attraverso una determinata unità di superficie. L'interazione deve essere effettuata nell'arco di un'unità di tempo. Per risolvere efficacemente il problema, è necessario raggiungere una condizione in cui la differenza di densità su entrambe le superfici sia uguale all'unità.

Inoltre, la velocità di diffusione nei solidi e nei liquidi nei gas è influenzata dalla pressione e dalla radiazione. La radiazione può essere diversi tipi, compresa l'induzione, nonché l'alta frequenza. La diffusione inizia quando esposto a una determinata sostanza catalizzatrice. Spesso fungono da fattore scatenante per l'emergere di un processo stabile di dispersione delle particelle.

Utilizzando l'equazione di Arrhenius, viene descritta la dipendenza del coefficiente dalla temperatura. Sembra questo:

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

$T$ è la temperatura assoluta, misurata in Kelvin,
$E$ è l'energia minima richiesta per la diffusione.

La formula ci permette di capirne di più tratti caratteristici l'intero processo di diffusione e determina la velocità di reazione.

Metodi di diffusione speciali

Oggi è praticamente impossibile utilizzare metodi convenzionali per determinare il peso molecolare delle proteine. Di solito si basano sulla misurazione:

pressione di vapore;
aumentare il punto di ebollizione;
abbassamento del punto di congelamento delle soluzioni.

Per soluzione efficace A questo scopo vengono utilizzati metodi speciali progettati per studiare sostanze con un'elevata struttura molecolare. Implicano la determinazione della velocità di diffusione o della viscosità delle soluzioni.

Il metodo per determinare l'orientamento e la forma dei pori dalla velocità di diffusione si basa sullo studio delle velocità di dialisi. In questo momento dovrebbe verificarsi una diffusione libera nella membrana.

Vari radioisotopi possono essere utilizzati anche per determinare la velocità di diffusione del sodio. Questo metodo speciale viene utilizzato per risolvere problemi nel campo della mineralogia e della geologia.

Viene utilizzato attivamente il metodo di diffusione, che si basa sulla determinazione della diffusione delle macromolecole in soluzione. È stato sviluppato per materiali polimerici. Secondo il metodo, viene determinato il coefficiente di diffusione e quindi da questi dati viene determinato il peso molecolare medio di massa.

Attualmente non esistono metodi diretti per determinare la velocità di diffusione dell'idrogeno in un catalizzatore. Per questo viene utilizzata la cosiddetta seconda via di attivazione.

Per determinare la velocità, è consuetudine utilizzare dispositivi speciali. Differiscono nell'aspetto dai compiti pratici e scientifici assegnati.

La diffusione è tradotta dal latino come distribuzione o interazione. La diffusione è un concetto molto importante in fisica. L'essenza della diffusione è la penetrazione di alcune molecole di una sostanza in altre. Durante il processo di miscelazione, le concentrazioni di entrambe le sostanze vengono equalizzate in base al volume che occupano. Una sostanza si sposta da un luogo con una concentrazione maggiore a un luogo con una concentrazione minore, per questo motivo le concentrazioni si equivalgono.

Quindi, il fenomeno in cui avviene la penetrazione reciproca delle molecole di una sostanza tra le molecole di un'altra è chiamato diffusione.

Dopo aver considerato cos'è la diffusione, dovremmo passare alle condizioni che possono influenzare la velocità di insorgenza di questo fenomeno.

Fattori che influenzano la velocità di diffusione

Per capire da cosa dipende la diffusione consideriamo i fattori che la influenzano.

La diffusione dipende dalla temperatura. La velocità di diffusione aumenterà con l'aumentare della temperatura, perché all'aumentare della temperatura aumenterà la velocità di movimento delle molecole, cioè le molecole si mescoleranno più velocemente. (Lo sapete tutti acqua fredda lo zucchero impiega molto tempo a dissolversi)

E quando si aggiunge influenza esterna (una persona mescola lo zucchero nell'acqua) la diffusione procederà più velocemente. Stato della materia influenzerà anche ciò da cui dipende la diffusione, vale a dire la velocità di diffusione. La diffusione termica dipende dal tipo di molecole. Ad esempio, se un oggetto è di metallo, la diffusione termica avviene più velocemente, a differenza che se l'oggetto fosse di materiale sintetico. La diffusione tra i materiali solidi avviene molto lentamente.

Quindi la velocità di diffusione dipende da: temperatura, concentrazione, influenze esterne, stato di aggregazione della sostanza

La diffusione è di grande importanza nella natura e nella vita umana.

Esempi di diffusione

Per capire meglio cos'è la diffusione, consideriamola con esempi. Forniamo insieme esempi del processo di diffusione nei gas. Le varianti di manifestazione di questo fenomeno possono essere le seguenti:

Diffondere il profumo dei fiori;

Diffondere l'odore del pollo alla griglia, che piace tanto al cucciolo Antoshka;

Lacrime mentre si tagliano le cipolle;

Una scia di profumo che si sente nell'aria.

Gli spazi tra le particelle nell'aria sono piuttosto grandi, le particelle si muovono in modo caotico, quindi la diffusione sostanze gassose avviene abbastanza rapidamente.

Un esempio semplice e accessibile di diffusione dei solidi è prendere due pezzi di plastilina multicolore e impastarli tra le mani, osservando come si mescolano i colori. E, di conseguenza, senza influenze esterne, se semplicemente premi due pezzi uno contro l'altro, ci vorranno mesi o addirittura anni prima che i due colori si mescolino almeno un po', per così dire, per penetrare l'uno nell'altro.

Le manifestazioni di diffusione nei liquidi possono essere le seguenti:

Sciogliere una goccia di inchiostro in acqua;

- “La biancheria è scolorita” il colore dei tessuti bagnati;

Marinare le verdure e preparare la marmellata

COSÌ, la diffusione è il mescolamento delle molecole di una sostanza durante il loro movimento termico casuale.

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Geller e Tak-Go Sun spiegano la dipendenza della velocità di diffusione dalla composizione dell'acciaio dal fatto che la presenza nel metallo di additivi che hanno una maggiore o minore affinità per l'idrogeno rispetto al ferro porta ad una corrispondente variazione del coefficiente di diffusione, e quindi ad una variazione dell'energia di attivazione del processo di diffusione.

La dipendenza della velocità di diffusione delle sostanze a basso peso molecolare nei copolimeri cristallizzanti dalla composizione della catena è mostrata in Fig. 5.14, 5.15. Si può vedere che man mano che la matrice si amorfizza, le differenze tra DKP e Al diminuiscono e nella gamma media delle composizioni del copolimero (/cr 0) coincidono tra loro.

È ben nota la dipendenza della velocità di diffusione degli elementi impuri in un solvente solido dalla dimensione dei grani.

A causa della dipendenza della velocità di diffusione dalla temperatura, la capacità dell'OM di penetrare vernici e altri rivestimenti in condizioni invernali è molto bassa. Ad esempio, a -10 C, praticamente l'OM non penetra nei rivestimenti di pitture e vernici.

Tipi di cinetica curve di assorbimento (1 e desorbimento (2. designazioni nel testo.| Le forme più comuni delle celle a nido d'ape. a - esagonale, b - rettangolare, b - flessibile, d - esagonale rinforzata, 9 - quadrata (un tipo di rettangolare.

Poiché la dipendenza delle velocità di diffusione e rilassamento dalla temperatura e dalla concentrazione non è la stessa, alle stesse condizioni di temperatura e concentrazione C. Pertanto, con un cambiamento di temperatura e concentrazione, è possibile una transizione da C.

Tipi di cinetica curve di assorbimento (1 e desorbimento (2. designazioni nel testo.| Le forme più comuni delle celle a nido d'ape. a - esagonale, b - rettangolare, c - flessibile, d - esagonale rinforzata, d - quadrato (un tipo di rettangolare.

Presentare un grafico della velocità di diffusione rispetto alla velocità reazione chimica sulla temperatura per una reazione eterogenea e indicare in quale intervallo di temperature la reazione avviene nella regione di diffusione e in quale nella regione cinetica.

È molto importante conoscere la dipendenza della velocità di diffusione dal diametro dell'arco.

È anche facile spiegare la dipendenza della velocità di diffusione dalla temperatura. Una temperatura più elevata significa velocità molecolari più elevate e una diffusione più rapida. La presenza di gradienti di temperatura porta alla diffusione termica. Il fenomeno della diffusione termica è che la presenza di un gradiente di temperatura in una miscela di due gas porta alla comparsa di un gradiente nelle concentrazioni relative di questi componenti. Se la miscela nel suo insieme è a riposo, il gradiente di concentrazione all'equilibrio sarà tale che l'azione di diffusione termica è bilanciata dall'azione di diffusione ordinaria.

È anche facile comprendere la dipendenza della velocità di diffusione dalla temperatura e dalla pressione. Una temperatura più elevata significa velocità molecolari più elevate e una diffusione più rapida. Di più ipertensione significa percorso libero più breve e diffusione più lenta.

È anche facile comprendere la dipendenza della velocità di diffusione dalla temperatura. Una temperatura più elevata significa velocità molecolari più elevate e una diffusione più rapida. La presenza di gradienti di temperatura porta alla diffusione termica. Il fenomeno della diffusione termica è che la presenza di un gradiente di temperatura in una miscela di due gas porta alla comparsa di un gradiente nelle concentrazioni relative di questi componenti.

In questo lavoro, abbiamo determinato la dipendenza della velocità di diffusione degli ioni rame nel vetro dalla natura e dalla quantità di ossidi alcalini nel vetro, nonché dalla natura degli ossidi degli elementi alcalino-terrosi.

La fisica è una delle scienze più interessanti, misteriose e allo stesso tempo logiche. Spiega tutto ciò che può essere spiegato, anche come il tè diventa dolce e la zuppa diventa salata. Un vero fisico direbbe diversamente: è così che avviene la diffusione nei liquidi.

Diffusione

La diffusione è un magico processo di penetrazione minuscole particelle una sostanza negli spazi intermolecolari di un'altra. A proposito, tale penetrazione è reciproca.

Sai come viene tradotta questa parola dal latino? Diffondere, diffondere.

Come avviene la diffusione nei liquidi?

La diffusione può essere osservata durante l'interazione di qualsiasi sostanza: liquida, gassosa e solida.

Per scoprire come avviene la diffusione nei liquidi, puoi provare a gettare qualche granello di vernice, di piombo macinato o, ad esempio, di permanganato di potassio in un recipiente trasparente con acqua pulita. È meglio se questa nave è alta. Cosa vedremo? All'inizio, i cristalli affonderanno sul fondo sotto l'influenza della gravità, ma dopo un po 'attorno a loro apparirà un alone di acqua colorata, che si diffonderà e si diffonderà. Se non ci avviciniamo a queste imbarcazioni per almeno alcune settimane, scopriremo che l'acqua diventerà quasi completamente colorata.

Un altro chiaro esempio. Affinché lo zucchero o il sale si dissolvano più velocemente, devono essere mescolati in acqua. Ma se ciò non avviene, dopo un po 'lo zucchero o il sale si dissolveranno da soli: il tè o la composta diventeranno dolci e la zuppa o la salamoia diventeranno salate.

Come avviene la diffusione nei liquidi: esperienza

Per determinare come la velocità di diffusione dipende dalla temperatura della sostanza, puoi condurre un esperimento piccolo ma molto indicativo.

Prendiamo due bicchieri dello stesso volume: uno con acqua fredda, l'altro - con caldo. Versare la stessa quantità di polvere solubile (ad esempio caffè o cacao) in entrambi i bicchieri. In uno dei vasi la polvere inizierà a dissolversi più intensamente. Sai quale esattamente? Riesci a indovinare? Dove la temperatura dell'acqua è più alta! Dopotutto, la diffusione avviene durante il movimento caotico casuale delle molecole e quando alte temperature questo movimento avviene molto più velocemente.

La diffusione può avvenire in qualsiasi sostanza; varia solo il tempo necessario affinché questo fenomeno si verifichi. Il massimo ad alta velocità- nei gas. Ecco perché non può essere conservato in frigorifero. burro accanto all'aringa o allo strutto, grattugiato con aglio tritato finemente. Poi vengono i liquidi (dalla densità più bassa a quella più alta). E la più lenta è la diffusione dei solidi. Sebbene a prima vista la diffusione non esista nei solidi.