Difūzijas ātrums nav atkarīgs no temperatūras. Difūzija cietās vielās, šķidrumos un gāzēs: definīcija, nosacījumi

Molekulu difūzijas ātruma atkarība no vielas temperatūras Molekulu difūzijas ātruma atkarība no vielas temperatūras Projekta autors: Maksims Karapuzovs, 7. klases skolnieks Projekta autors: Maksims Karapuzovs, 7. klases skolnieks MBOU "VIDĒJĀ IZGLĪTĪBA SKOLA 40" BELGORODSKAS RAJONS, STARY OSCOL Darba vadītājs: Gavryushina Ludmila Konstantinovna, fizikas skolotāja, fizikas skolotāja, MBOU "VIDUSSKOLA 40" BELGORODSKAS RAJONS, STARY Oskol

Problēmas paziņojums Kāpēc vielas sajaucas? Kāpēc vielas sajaucas? Kāda ir difūzijas loma apkārtējā pasaulē? Kāda ir difūzijas loma apkārtējā pasaulē? No kā ir atkarīgs difūzijas process? No kā ir atkarīgs difūzijas process?

Rezultātu interpretācija Difūzija ir laika process. Difūzijas ilgums ir atkarīgs no temperatūras un vielas veida: jo augstāka temperatūra, jo ātrāks difūzijas process. Eksperimentu rezultātā pārliecinājos, ka manis izvirzītā hipotēze pilnībā apstiprinājās. Patiešām, paaugstinoties temperatūrai, molekulu difūzija šķidrumā notiks ātrāk. Jo vairāk vidējais ātrumsķermeņa molekulu kustība, jo augstāka ir tā temperatūra

Difūzijas ātrums

Difūzija ir viena no vienkāršākajām parādībām, kas tiek pētīta fizikas kursa ietvaros. Šo procesu var attēlot ikdienas ikdienas līmenī.

Difūzija ir fiziskais process vienas vielas atomu un molekulu savstarpēja iespiešanās starp vienas un tās pašas citas vielas struktūras elementiem. Šī procesa rezultāts ir koncentrācijas līmeņa izlīdzināšana iekļūstošajos savienojumos. Difūziju vai sajaukšanos var redzēt katru rītu savā virtuvē, gatavojot tēju, kafiju vai citus dzērienus, kas satur vairākas pamatkomponentes.

Pirmo reizi līdzīgu procesu 19. gadsimta vidū varēja zinātniski aprakstīt Ādolfs Fiks. Viņš viņam iedeva oriģinālais nosaukums, kas ir tulkots no Latīņu valoda kā mijiedarbība vai izplatīšana.

Izplatīšanās ātrums ir atkarīgs no vairākiem faktoriem:

ķermeņa temperatūra;
agregācijas stāvoklis testa viela.

IN dažādas gāzes, kur starp molekulām ir ļoti lieli attālumi, difūzijas ātrums būs vislielākais. Šķidrumos, kur attālums starp molekulām ir ievērojami mazāks, ātrums arī samazinās. Zemākais difūzijas ātrums tiek novērots cietvielas, jo molekulārajās saitēs pastāv stingra kārtība. Paši atomi un molekulas darbojas maznozīmīgi svārstīgas kustības vienā vietā. Difūzijas ātrums palielinās, palielinoties apkārtējai temperatūrai.

Fika likums

1. piezīme

Difūzijas ātrumu parasti mēra pēc vielas daudzuma, kas tiek pārnests laika vienībā. Visām mijiedarbībām jānotiek caur risinājuma šķērsgriezuma laukumu.

Difūzijas ātruma pamatformula ir:

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

$D$ ir proporcionalitātes koeficients,
$S$ ir virsmas laukums, un zīme “-” nozīmē, ka difūzija notiek no lielākas koncentrācijas apgabala uz zemāku.

Šo formulu matemātiska apraksta veidā sniedza Fiks.

Saskaņā ar to difūzijas ātrums ir tieši proporcionāls koncentrācijas gradientam un laukumam, caur kuru notiek difūzijas process. Proporcionalitātes koeficients nosaka vielas difūziju.

Slavenais fiziķis Alberts Einšteins atvasināja difūzijas koeficienta vienādojumus:

$D=RT/NA \cdot 1/6\pi\etaŋr$, kur:

$R$ ir universālā gāzes konstante,
$T$- absolūtā temperatūra,
$r$ ir izkliedējošo daļiņu rādiuss,
$D$ - difūzijas koeficients,
$ŋ$ ir barotnes viskozitāte.

No šiem vienādojumiem izriet, ka difūzijas ātrums palielināsies:

kad temperatūra paaugstinās;
pieaugot koncentrācijas gradientam.

Difūzijas ātrums samazinās:

palielinoties šķīdinātāja viskozitātei;
palielinoties difūzo daļiņu izmēram.

Ja molārā masa palielinās, tad difūzijas koeficients samazinās. Šajā gadījumā samazinās arī difūzijas ātrums.

Difūzijas paātrinājums

Ir dažādi apstākļi, kas palīdz paātrināt difūziju. Difūzijas ātrums ir atkarīgs no pētāmās vielas agregācijas stāvokļa. Materiāla augstais blīvums palēnina ķīmisko reakciju. Molekulu mijiedarbības ātrumu ietekmē temperatūras režīms. Kvantitatīvās īpašības Difūzijas ātrums ir koeficients. SI mērīšanas sistēmā tas tiek apzīmēts kā latīņu valoda lielie burti D. To mēra kvadrātcentimetros vai metros laika sekundē.

1. definīcija

Difūzijas koeficients ir vienāds ar vielas daudzumu, kas tiek sadalīts starp citu vielu caur noteiktu virsmas vienību. Mijiedarbība jāveic noteiktā laika vienībā. Lai efektīvi atrisinātu problēmu, ir jāsasniedz stāvoklis, kad blīvumu starpība uz abām virsmām ir vienāda ar vienotību.

Arī difūzijas ātrumu cietās vielās un šķidrumos gāzēs ietekmē spiediens un starojums. Radiācija var būt dažādi veidi, ieskaitot indukciju, kā arī augstfrekvences. Difūzija sākas, pakļaujot noteiktai katalizatora vielai. Tie bieži darbojas kā stabila daļiņu izkliedes procesa izraisītājs.

Izmantojot Arrēnija vienādojumu, aprakstīta koeficienta atkarība no temperatūras. Tas izskatās šādi:

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

$T$ ir absolūtā temperatūra, ko mēra Kelvinos,
$E$ ir minimālā enerģija, kas nepieciešama difūzijai.

Formula ļauj mums saprast vairāk par raksturīgās iezīmes visu difūzijas procesu un nosaka reakcijas ātrumu.

Īpašas difūzijas metodes

Mūsdienās proteīnu molekulmasas noteikšanai praktiski nav iespējams izmantot tradicionālās metodes. Tie parasti ir balstīti uz mērījumiem:

tvaika spiediens;
viršanas temperatūras paaugstināšana;
šķīdumu sasalšanas punkta pazemināšana.

Par efektīvs risinājumsŠim nolūkam tiek izmantotas īpašas metodes, kas paredzētas vielu ar augstu molekulāro struktūru pētīšanai. Tie ietver šķīdumu difūzijas ātruma vai viskozitātes noteikšanu.

Metode poru orientācijas un formas noteikšanai pēc difūzijas ātruma ir balstīta uz dialīzes ātruma izpēti. Šajā brīdī membrānā vajadzētu notikt brīvai difūzijai.

Nātrija difūzijas ātruma noteikšanai var izmantot arī dažādus radioizotopus. Šo īpašo metodi izmanto, lai atrisinātu problēmas mineraloģijas un ģeoloģijas jomā.

Aktīvi tiek izmantota difūzijas metode, kuras pamatā ir makromolekulu difūzijas noteikšana šķīdumā. Tas tika izstrādāts polimēru materiāliem. Saskaņā ar metodi tiek noteikts difūzijas koeficients, un pēc tam no šiem datiem tiek noteikta masas vidējā molekulmasa.

Pašlaik nav tiešu metožu ūdeņraža difūzijas ātruma noteikšanai katalizatorā. Šim nolūkam tiek izmantots tā sauktais otrais aktivizācijas ceļš.

Lai noteiktu ātrumu, ir ierasts izmantot īpašas ierīces. Pēc izskata tie atšķiras no uzdotajiem praktiskiem un zinātniskiem uzdevumiem.

Difūzija tiek tulkota no latīņu valodas kā izplatīšana vai mijiedarbība. Difūzija ir ļoti svarīgs jēdziens fizikā. Difūzijas būtība ir dažu vielas molekulu iekļūšana citās. Sajaukšanas procesā abu vielu koncentrācijas tiek izlīdzinātas atbilstoši to aizņemtajam tilpumam. Viela pārvietojas no vietas ar augstāku koncentrāciju uz vietu ar zemāku koncentrāciju, līdz ar to koncentrācijas izlīdzinās.

Tātad parādību, kurā notiek vienas vielas molekulu savstarpēja iespiešanās starp citas vielas molekulām, sauc par difūziju.

Apsverot, kas ir difūzija, mums vajadzētu pāriet uz apstākļiem, kas var ietekmēt šīs parādības rašanās ātrumu.

Faktori, kas ietekmē difūzijas ātrumu

Lai saprastu, no kā ir atkarīga difūzija, apskatīsim faktorus, kas to ietekmē.

Difūzija ir atkarīga no temperatūras. Palielinoties temperatūrai, difūzijas ātrums palielināsies, jo, temperatūrai paaugstinoties, palielināsies molekulu kustības ātrums, tas ir, molekulas ātrāk sajauksies. (Jūs visi to zināt auksts ūdens cukurs izšķīst ilgi)

Un pievienojot ārējā ietekme (cilvēks maisa cukuru ūdenī) difūzija noritēs ātrāk. Vielas stāvoklis ietekmēs arī to, no kā ir atkarīga difūzija, proti, difūzijas ātrumu. Termiskā difūzija ir atkarīga no molekulu veida. Piemēram, ja objekts ir metāls, tad termiskā difūzija notiek ātrāk, atšķirībā no tā, ja objekts būtu izgatavots no sintētiska materiāla. Difūzija starp cietajiem materiāliem notiek ļoti lēni.

Tātad difūzijas ātrums ir atkarīgs no: temperatūras, koncentrācijas, ārējās ietekmes, vielas agregācijas stāvokļa

Difūzijai ir liela nozīme dabā un cilvēka dzīvē.

Difūzijas piemēri

Lai labāk saprastu, kas ir difūzija, aplūkosim to ar piemēriem. Sniegsim kopā piemērus difūzijas procesam gāzēs. Šīs parādības izpausmes varianti var būt šādi:

Ziedu smaržas izplatīšana;

Izplatot grilētas vistas smaržu, kas kucēnam Antoškai tik ļoti patīk;

Asaras pār sīpolu sasmalcināšanu;

Smaržu taka, kas jūtama gaisā.

Atstarpes starp daļiņām gaisā ir diezgan lielas, daļiņas pārvietojas haotiski, tāpēc difūzija gāzveida vielas notiek diezgan ātri.

Vienkāršs un pieejams cietvielu difūzijas piemērs ir ņemt divus daudzkrāsaina plastilīna gabalus un mīcīt tos rokās, vērojot, kā krāsas sajaucas. Un attiecīgi bez ārējas ietekmes, vienkārši piespiežot divus gabalus vienu pret otru, paies mēneši vai pat gadi, lai abas krāsas kaut nedaudz sajauktos, tā teikt, iespiestos viena otrā.

Difūzijas izpausmes šķidrumos var būt šādas:

Tintes piliena izšķīdināšana ūdenī;

- “Veļa ir izbalējusi” mitro audumu krāsu;

Dārzeņu kodināšana un ievārījuma vārīšana

Tātad, difūzija ir vielas molekulu sajaukšanās to nejaušās termiskās kustības laikā.

1. lapa

Gellers un Tak-Go Sun difūzijas ātruma atkarību no tērauda sastāva skaidro ar to, ka tādu piedevu klātbūtne metālā, kurām ir lielāka vai mazāka afinitāte pret ūdeņradi nekā dzelzs, izraisa atbilstošas difūzijas koeficienta izmaiņas, un līdz ar to uz difūzijas procesa aktivizācijas enerģijas izmaiņām.

Mazmolekulāro vielu difūzijas ātruma atkarība kristalizējošos kopolimēros no ķēdes sastāva parādīta att. 5.14., 5.15. Redzams, ka matricai amorfizējoties, atšķirības starp DKP un Al samazinās, un kopolimēru sastāvu vidējā diapazonā (/cr 0) tās savā starpā sakrīt.

Piemaisījumu elementu difūzijas ātruma atkarība cietā šķīdinātājā no graudu izmēra ir labi zināma.

Sakarā ar difūzijas ātruma atkarību no temperatūras, OM spēja iekļūt lakā un citos pārklājumos ziemas apstākļos ir ļoti zema. Piemēram, -10 C temperatūrā praktiski OM neiekļūst krāsu un laku pārklājumos.

Kinētikas veidi sorbcijas līknes (1 un desorbcija (2. apzīmējumi tekstā.| Visbiežāk sastopamās šūnveida šūnu formas. a - sešstūra, b - taisnstūrveida, b - elastīga, d - pastiprināta sešstūra, 9 - kvadrātveida (taisnstūra veids.

Tā kā difūzijas un relaksācijas ātrumu atkarība no temperatūras un koncentrācijas nav vienāda, vienādos temperatūras un koncentrācijas apstākļos C. Tāpēc, mainoties temperatūrai un koncentrācijai, ir iespējama pāreja no C.

Kinētikas veidi sorbcijas līknes (1 un desorbcija (2. apzīmējumi tekstā.| Izplatītākās šūnveida šūnu formas. a - sešstūra, b - taisnstūrveida, c - elastīga, d - pastiprināta sešstūra, d - kvadrātveida (taisnstūra veids.

Parādiet difūzijas ātruma un ātruma diagrammu ķīmiskā reakcija par temperatūru heterogēnai reakcijai un norādiet, kurā temperatūras diapazonā reakcija notiek difūzijas reģionā un kurā kinētiskajā reģionā.

Ir ļoti svarīgi zināt difūzijas ātruma atkarību no loka diametra.

Ir arī viegli izskaidrot difūzijas ātruma atkarību no temperatūras. Augstāka temperatūra nozīmē lielāku molekulāro ātrumu un ātrāku difūziju. Temperatūras gradientu klātbūtne izraisa termisko difūziju. Termiskās difūzijas fenomens ir tāds, ka temperatūras gradienta klātbūtne divu gāzu maisījumā izraisa gradienta rašanos šo komponentu relatīvajās koncentrācijās. Ja maisījums kopumā atrodas miera stāvoklī, koncentrācijas gradients līdzsvara stāvoklī būs tāds, ka termiskās difūzijas darbību līdzsvaro parastās difūzijas darbība.

Ir arī viegli saprast difūzijas ātruma atkarību no temperatūras un spiediena. Augstāka temperatūra nozīmē lielāku molekulāro ātrumu un ātrāku difūziju. Vairāk augsts asinsspiediens nozīmē īsāku brīvā ceļa garumu un lēnāku difūziju.

Ir arī viegli saprast difūzijas ātruma atkarību no temperatūras. Augstāka temperatūra nozīmē lielāku molekulāro ātrumu un ātrāku difūziju. Temperatūras gradientu klātbūtne izraisa termisko difūziju. Termiskās difūzijas fenomens ir tāds, ka temperatūras gradienta klātbūtne divu gāzu maisījumā izraisa gradienta rašanos šo komponentu relatīvajās koncentrācijās.

Šajā darbā mēs noteicām vara jonu difūzijas ātruma stiklā atkarību no sārmu oksīdu īpašībām un daudzuma stiklā, kā arī no sārmzemju elementu oksīdu īpašībām.

Fizika ir viena no interesantākajām, noslēpumainākajām un tajā pašā laikā loģiskākajām zinātnēm. Viņa izskaidro visu, ko var izskaidrot, pat to, kā tēja kļūst salda un zupa kļūst sāļa. Īsts fiziķis teiktu savādāk: šādi notiek difūzija šķidrumos.

Difūzija

Difūzija ir maģisks iespiešanās process sīkas daļiņas viena viela nonāk citas starpmolekulārajās telpās. Starp citu, šāda iespiešanās ir abpusēja.

Vai jūs zināt, kā šis vārds tiek tulkots no latīņu valodas? Izplatās, izplatās.

Kā difūzija notiek šķidrumos?

Jebkuru vielu mijiedarbības laikā var novērot difūziju: šķidru, gāzveida un cietu.

Lai noskaidrotu, kā difūzija notiek šķidrumos, varat mēģināt iemest dažus krāsas graudiņus, maltu svinu vai, piemēram, kālija permanganātu caurspīdīgā traukā ar tīrs ūdens. Labāk, ja šis trauks ir augsts. Ko mēs redzēsim? Sākumā kristāli gravitācijas ietekmē nogrims dibenā, bet pēc kāda laika ap tiem parādīsies krāsains ūdens oreols, kas izplatīsies un izplatīsies. Ja mēs netuvosimies šiem kuģiem vismaz vairākas nedēļas, mēs atklāsim, ka ūdens gandrīz pilnībā iekrāsosies.

Cits skaidrs piemērs. Lai cukurs vai sāls ātrāk izšķīst, tie jāmaisa ūdenī. Bet, ja tas nav izdarīts, cukurs vai sāls pēc kāda laika izšķīst pats: tēja vai kompots kļūs salds, bet zupa vai sālījums kļūs sāļš.

Kā difūzija notiek šķidrumos: pieredze

Lai noteiktu, kā difūzijas ātrums ir atkarīgs no vielas temperatūras, varat veikt nelielu, bet ļoti indikatīvu eksperimentu.

Ņemsim divas vienāda tilpuma glāzes: vienu ar auksts ūdens, otrs - ar karsto. Abās glāzēs ielej vienādu daudzumu šķīstošā pulvera (piemēram, kafijas vai kakao). Vienā no traukiem pulveris sāks intensīvāk šķīst. Vai jūs zināt, kura tieši? Vai varat uzminēt? Kur ūdens temperatūra ir augstāka! Galu galā difūzija notiek nejaušas haotiskas molekulu kustības laikā un kad augstas temperatūrasšī kustība notiek daudz ātrāk.

Difūzija var notikt jebkurā vielā, atšķiras tikai laiks, kas nepieciešams šīs parādības rašanās brīdim. Visvairāk liels ātrums- gāzēs. Tāpēc to nevar uzglabāt ledusskapī. sviests pie siļķes vai speķa, sarīvētu ar smalki sagrieztu ķiploku. Tālāk nāk šķidrumi (no zemākā līdz augstākajam blīvumam). Un vislēnākā ir cietvielu difūzija. Lai gan no pirmā acu uzmetiena cietās vielās difūzija nepastāv.