Через несколько секунд открытия бутылки с газировкой пузырьки газа поднимаются на поверхность.  Это объясняется тем, что концентрация СО2 (углекислого газа) в бутылке выше, чем во внешней среде, а следовательно, СО2 диффузирует от своей высокой концентрации к низшей. 

Что такое кислотные дожди и чем они опасны?

К примерам диффизии относиться процесс дыхания. Когда мы дышим воздухом, вдох кислорода и выдох углекислого газа возможен только благодаря диффузионному процессу. Поэтому диффузия – жизненно важный процесс в дыхании. 

Диффузия вокруг нас – это не только о позитивных вещах. Кроме того, что диффузия применяется во быту, она также имеет некоторые минусы; загрязнение воздуха является крупнейшим минусом, вызванными диффузией.  

Когда вредные газы, пары и токсичные частицы выделяются из различных техногенных источников, включая заводы (например, цементный завод, химические заводы, кирпичные печи и т.д.), транспортные средства и сжигание отходов; затем они загрязняют нормальный воздух процессом диффузии.  

Интересные факты о бактериях: полезные или вредные?

Наше выживание сильно зависит от процесса диффузии; поскольку при отсутствии диффузии наше тело не может нормально функционировать; ведь именно диффузия облегчает плавную циркуляцию минералов и биомолекул в нашем организме.  

Наш организм постоянно нуждается в выводе токсинов, образующихся в процессе обмена веществ, и важнейшим органом для осуществления этой деятельности являются почки. Однако почки сами по себе не могут выполнить эту задачу, здесь также входит в действие концепция диффузии.  

Почки состоят из нефронов, которые являются структурными и функциональными единицами почек. Они представляют собой микроскопические канальцы, которые фильтруют токсичное вещество из крови. Нефрон сначала отделяет отходы химических и токсических веществ из крови, а затем реабсорбирующего воду и питательные вещества в крови с помощью диффузии.    

Итак, диффузия играет значительную роль также в фильтрации крови.

Как сделать слайм без клея, тетрабората натрия и загустителя: простые рецепты

Общеизвестным примером диффузии вокруг нас являются пищевые красители. 

Преимущества диффузии широко использоваются пищевой промышленностью, где окраска съедобных продуктов является общепринятой.

Что такое свет и какие его основные характеристики? 

Теплопроводность или передача тепла также происходит с помощью диффузии. Тепло передается от более высокой температуры к низкой. 

Источник: studiousguy.com/

просто и понятно о причинах, особенностях процесса, примеры в природе

Определение

Само слово «диффузия» латинского происхождения – «diffusio» в переводе с латыни означает «распространение, рассеивание». В физике под диффузией подразумевается процесс взаимопроникновения микрочастиц при соприкосновении разных материалов. Академическое определение того, что такое диффузия, звучит следующим образом: «Диффузия – это взаимное проникновение молекул одного вещества в межмолекулярные промежутки другого вещества вследствие их хаотичного движения и столкновения друг с другом». Какие свойства диффузии, причины ее возникновения, как проявляется этот процесс в разных веществах, об этом читайте далее.

Причины

Причиной возникновения диффузии является тепловое движение частиц (атомов, молекул, ионов и т. д.).

Чтобы более детально понять, как работают механизмы диффузии, рассмотрим это явление на конкретном примере. Если взять перманганат калия (в народе более известен как марганцовка) (KMnO₄) и растворить в воде (H₂O), то марганцовка в результате диссоциации распадется на K+ и MnO₄-. Также важно заметить что молекула воды поляризирована и существует в виде сцепленных ионов H+ – OH-.

Из-за растворения марганцовки в воде произойдет хаотическое перемещение ионов обоих веществ, вследствие чего сцепленные ионы воды поменяют свой цвет и освободят место для других, еще не реагировавших ионов. Вода поменяет свой окрас и получит специфические свойства. Между водой и марганцовкой совершится диффузия.

Вот так этот процесс выглядит схематически.

Причем движимые частицы во время диффузии, всегда распространяются равномерно по всему предоставленному объему. Сам процесс диффузии занимает определенное время.

Также важно знать, что явление диффузии происходит далеко не со всеми веществами. Например, если воду перемешать не с марганцовкой, а с маслом, то диффузии между ними не будет, так как молекулы масла электрически нейтральны. Образованию какого-то соединения с молекулами воды помешают сильные связи внутри молекулы масла.

Еще стоит заметить, что скорость диффузии значительно увеличится при увеличении температуры, что вполне логично, ведь с увеличением температуры возрастет скорость движения частиц внутри вещества и как следствие, повышается шанс их проникновения в молекулы другого вещества.

Формула

Процесс диффузии в двухкомпонентной системе записывается при помощи закона Фика, и соответствующего уравнения:

В этом уравнении J – плотность материала, D – коэффициент диффузии, а ac/dx – градиент концентрации двух веществ.

Коэффициентом диффузии называют физическую величину, которая численно равна количеству диффундирующего вещества, которое проникает за единицу времени через единицу поверхности, если разность плотностей на двух поверхностях, находящихся на расстоянии равном единице длины, равна единице. Важно заметить, что коэффициент диффузии зависит от температуры.

В твердых телах

В твердых телах диффузия происходит очень медленно, если вообще происходит. Ведь для твердых тел характерно наличие кристаллической решетки, а все частицы расположены упорядочено.

Примером диффузии твердых тел может быть золото и свинец. Расположенные на расстояние 1 метра друг от друга, при комнатной температуре в 20 С, эти вещества будут понемногу проникать друг в друга, но будет это все идти очень медленно, подобная диффузия станет заметной не ранее чем через 4-5 лет.

В жидкостях

Скорость протекания диффузии в жидкостях в разы выше, нежели в твердых телах. Связи между частицами в жидкости гораздо слабее (обычно их энергии хватает максимум на образование капель), и взаимному проникновению частиц в молекулы двух веществ ничто не мешает.

Правда то, как быстро будет проходить диффузия, зависит от характера и консистенции жидкостей, в более густых растворах она происходит медленнее, ведь чем гуще жидкость, тем более сильные в ней связи между молекулами и тем труднее молекулам и частицам проникать друг в друга. Например, смешивание двух жидких металлов может занять несколько часов, в то время как смешивание воды и марганцовки (из примера выше) осуществляется за минуту.

В газах

В газах диффузия происходит еще быстрее, чем в жидкости, связи между частицами газообразных веществ практически отсутствуют, и никак не сцепленные частицы легко перемешиваются друг с другом, проникая в молекулы других газов. Небольшие коррективы при диффузии газов может вносить разве только гравитация.

Примеры в окружающем мире

Благодаря диффузии:

• поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности нашей планеты,
• происходит питание растений,
• осуществляется дыхание человека и животных.

Значимый биологический процесс – фотосинтез осуществляется, в том числе и при помощи диффузии: как мы знаем, благодаря энергии солнечного света вода разлагается хлорофиллами на составляющие, кислород, который выделяется при этом, попадает в атмосферу и поглощается всеми живыми организмами. Так вот, и сам процесс поглощения кислорода человеком и животными, и обмен веществ у растений, все это поддерживается диффузией, без которой не могла бы существовать сама Жизнь.

Но это в глобальном плане, в более простых вещах, мы можем наблюдать диффузию:

• В саду, где цветы источают свой аромат благодаря диффузии (их частицы перемешиваются с частицами окружающего воздуха).
• Растворяя сахар в чае или кофе, чай или кофе становится сладким благодаря диффузии.
• При резке лука у вас начнут слезиться глаза, происходит это тоже по причине диффузии, молекулы лука смешиваются с молекулами воздуха и ваши глаза на это реагируют.

Таких примером можно приводить еще много.

Видео

И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.

Страница про автора

Эта статья доступна на английском языке – Diffusion.

Схожі записи:

Диффузия, осмос и родственные процессы — College Physics: OpenStax

Глава 12 Гидродинамика и ее биологические и медицинские приложения

Резюме

• Дайте определение диффузии, осмосу, диализу и активному транспорту.
• Рассчитать скорость диффузии.

В кубике льда из морозилки есть что-то подозрительное — как он впитал эти запахи еды? Как вымачивание вывихнутой лодыжки в английской соли уменьшает отек? Ответы на эти вопросы связаны с явлениями переноса атомов и молекул — еще одним видом движения жидкости. Атомы и молекулы находятся в постоянном движении при любой температуре. В жидкостях они перемещаются хаотично даже при отсутствии макроскопического течения.

Диффузия — медленный процесс на макроскопических расстояниях. Плотность обычных материалов достаточно велика, чтобы молекулы не могли пролететь очень далеко, прежде чем столкнуться с ними, что может разбросать их в любом направлении, в том числе прямо назад. Можно показать, что среднее расстояние[латекс]\boldsymbol{x_{\textbf{rms}}}[/латекс], которое проходит молекула, пропорционально квадратному корню из времени:

[латекс]\boldsymbol{x_{\textbf{rms}}\:=\sqrt{2Dt}},[/латекс]

, где[латекс]\жирныйсимвол{х_{\текстбф{rms}}}[/латекс]обозначает 9{-12}}[/латекс] Таблица 2. Константы диффузии для различных молекул ¹

Обратите внимание, что [латекс]\boldsymbol{D}[/латекс] становится все меньше для более массивных молекул. 2},[/латекс]пропорциональна абсолютной температуре.

Пример 1. Расчет диффузии: сколько времени занимает диффузия глюкозы?

Рассчитайте среднее время, за которое молекула глюкозы перемещается в воде на 1,0 см.

Стратегия

Мы можем использовать[latex]\boldsymbol{x_{\textbf{rms}}=\sqrt{2Dt}},[/latex]выражение для среднего расстояния, пройденного за время[latex]\boldsymbol {t},[/latex]и решите его для[latex]\boldsymbol{t}.[/latex]Все остальные величины известны.

Решение

Решение для [латекс]\boldsymbol{t}[/латекс] и подстановка известных значений дает 94\textbf{ s}=21\textbf{ h.}} \end{array}[/latex]

Обсуждение

Это удивительно долгое время для того, чтобы глюкоза переместилась всего на сантиметр! По этой причине мы размешиваем сахар в воде, а не ждем, пока он рассеется.

Поскольку диффузия обычно очень медленная, ее наиболее важные эффекты проявляются на небольших расстояниях. Например, роговица глаза получает большую часть кислорода за счет диффузии через тонкий слезный слой, покрывающий ее.

Если вы очень осторожно поместите каплю пищевого красителя в стакан с негазированной водой, он будет медленно диффундировать в бесцветное окружение, пока его концентрация не станет везде одинаковой. Этот тип диффузии называется свободной диффузией, поскольку ей не препятствуют барьеры. Рассмотрим его направление и скорость. Молекулярное движение имеет случайное направление, и поэтому простая случайность диктует, что больше молекул выйдет из области высокой концентрации, чем попадет в нее. Чистая скорость диффузии вначале выше, чем после частичного завершения процесса. (См. рис. 2.)

Скорость диффузии пропорциональна разнице концентраций. Из области высокой концентрации покинет намного больше молекул, чем войдет из области низкой концентрации. На самом деле, если бы концентрации были одинаковыми, не было бы нетто-движения . Скорость диффузии также пропорциональна константе диффузии[латекс]\boldsymbol{D},[/латекс], которая определяется экспериментально. Чем дальше молекула может диффундировать за данное время, тем больше вероятность того, что она покинет область высокой концентрации. Многие факторы, влияющие на скорость, скрыты в константе диффузии[latex]\boldsymbol{D}.[/latex]Например, температура, силы сцепления и сцепления влияют на значения[latex]\boldsymbol{D}.[ /латекс]

Диффузия является доминирующим механизмом обмена питательными веществами и продуктами жизнедеятельности между кровью и тканью, а также между воздухом и кровью в легких. В процессе эволюции, по мере того как организмы становились больше, им требовались более быстрые методы транспортировки, чем чистая диффузия, из-за больших расстояний, связанных с транспортом, что привело к развитию систем кровообращения. Менее сложные одноклеточные организмы по-прежнему полностью полагаются на диффузию для удаления продуктов жизнедеятельности и поглощения питательных веществ. 9{-9}}[/latex]м в диаметре) скорость распространения через них может быть высокой. Диффузия через мембраны является важным методом транспорта.

обычно избирательно проницаемы или полупроницаемы . (См. рис. 3.) Один тип полупроницаемой мембраны имеет небольшие поры, через которые проходят только небольшие молекулы. В других типах мембран молекулы могут фактически растворяться в мембране или реагировать с молекулами в мембране при движении через нее. Мембранная функция фактически является предметом многих современных исследований, включающих не только физиологию, но также химию и физику.

Осмос – это перенос воды через полупроницаемую мембрану из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Осмос обусловлен дисбалансом концентрации воды. Например, вода в вашем теле более концентрирована, чем английская соль. Когда вы замачиваете распухшую лодыжку в английской соли, вода выходит из вашего тела в область с более низкой концентрацией соли. Точно так же диализ — это транспорт любой другой молекулы через полупроницаемую мембрану из-за разницы в ее концентрации. И осмос, и диализ используются почками для очистки крови.

Осмос может создавать значительное давление. Рассмотрим, что произойдет, если осмос будет продолжаться в течение некоторого времени, как показано на рис. 4. Вода за счет осмоса перемещается слева в область справа, где она менее концентрирована, в результате чего раствор справа поднимается. Это движение будет продолжаться до тех пор, пока давление [латекс]\boldsymbol{\rho{gh}}[/латекс], создаваемое дополнительной высотой жидкости справа, не станет достаточно большим, чтобы остановить дальнейший осмос. Это давление называется противодавление . Обратное давление[латекс]\жирныйсимвол{\rho{g}h}[/латекс], которое останавливает осмос, также называется относительным осмотическим давлением , если ни один из растворов не является чистой водой, и называется осмотическим давлением , если один раствор — чистая вода. Осмотическое давление может быть большим, в зависимости от величины разности концентраций. Например, если чистая вода и морская вода разделены полупроницаемой мембраной, не пропускающей соли, осмотическое давление будет равно 25,9 атм. Это значение означает, что вода будет диффундировать через мембрану до тех пор, пока поверхность соленой воды не поднимется на 268 м над поверхностью чистой воды! Одним из примеров давления, создаваемого осмосом, является тургор растений (многие из них увядают, когда им слишком сухо). Тургор описывает состояние растения, при котором жидкость в клетке оказывает давление на клеточную стенку. Это давление оказывает поддержку растению. Диализ также может вызвать значительное давление.

Обратный осмос и обратный диализ (называемый также фильтрацией) — это процессы, происходящие, когда обратное давление достаточно для изменения нормального направления прохождения веществ через мембраны. Обратное давление может быть создано естественным образом, как показано на правой стороне рисунка 4. (Поршень также может создавать это давление.) Обратный осмос можно использовать для опреснения воды, просто пропуская ее через мембрану, которая не пропускает соль. Точно так же обратный диализ можно использовать для фильтрации любого вещества, которое данная мембрана не пропускает.

Заслуживает упоминания еще один пример движения веществ через мембраны. Иногда мы обнаруживаем, что вещества проходят в направлении, противоположном ожидаемому. Корни кипариса, например, извлекают чистую воду из соленой воды, хотя осмос перемещает ее в противоположном направлении. Это не обратный осмос, потому что обратного давления не возникает. Происходящее называется активным транспортом — процессом, при котором живая мембрана затрачивает энергию для перемещения через нее веществ. Многие живые мембраны перемещают воду и другие вещества на активный транспорт . Почки, например, используют не только осмос и диализ, они также используют значительный активный транспорт для перемещения веществ в кровь и из крови. На самом деле подсчитано, что не менее 25% энергии организма расходуется на активный транспорт веществ на клеточном уровне. Изучение активного транспорта переносит нас в сферы микробиологии, биофизики и биохимии и представляет собой увлекательное приложение законов природы к живым структурам.

• Диффузия – это движение веществ за счет случайного теплового молекулярного движения.
• Среднее расстояние[латекс]\boldsymbol{x_{\textbf{rms}}}[/latex]молекула проходит путем диффузии за заданное время, определяется выражением

  [латекс]\boldsymbol{x_{\textbf{rms}}=\sqrt{2Dt},}[/латекс]

  где[latex]\boldsymbol{D}[/latex] — константа диффузии, репрезентативные значения которой приведены в таблице 2.

• Осмос – это перенос воды через полупроницаемую мембрану из области высокой концентрации в область низкой концентрации.
• Диализ — это перенос любой другой молекулы через полупроницаемую мембрану из-за разницы в ее концентрации.
• Оба процесса можно обратить вспять с помощью противодавления.
• Активный транспорт — это процесс, при котором живая мембрана расходует энергию для перемещения веществ через нее.

Сноски

1. 1 При 20°C и 1 атм

Глоссарий

распространение

движение веществ за счет случайного теплового молекулярного движения

полупроницаемый

тип мембраны, которая пропускает только определенные небольшие молекулы

осмос

перенос воды через полупроницаемую мембрану из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией

диализ

транспорт любой молекулы, кроме воды, через полупроницаемую мембрану из области высокой концентрации в область низкой концентрации

относительное осмотическое давление

противодавление, которое останавливает осмотический процесс, если ни один из растворов не является чистой водой

осмотическое давление

противодавление, которое останавливает осмотический процесс, если один раствор представляет собой чистую воду

обратный осмос

процесс, происходящий, когда противодавление достаточно для изменения нормального направления осмоса через мембраны

обратный диализ

процесс, происходящий, когда противодавление достаточно для изменения нормального направления диализа через мембраны

активный транспорт

процесс, при котором живая мембрана расходует энергию для перемещения веществ через

15 примеров распространения в реальной жизни

• ОПИСАНИЕ

  Синий пищевой краситель, распространяющийся в воде в бутылках

• ИСТОЧНИК

  https://www. gettyimages.ca/ деталь/фото/абстрактный-дизайн-из-еды -раскраска-безвозмездное-изображение/148504244

• РАЗРЕШЕНИЕ

  Используется по лицензии / Getty Images / gjohnstonphoto

Определение диффузии в учебнике — это движение молекул или частиц из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией, продолжающееся до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Определяющим качеством диффузии является то, что она происходит потому, что диффундирующее вещество существует в более высокой концентрации в одном месте и в более низкой концентрации в другом. Если вещество движется по другой причине, такой как давление или сила, это не диффузия. Говоря научным языком, диффузия означает пассивное движение молекул по градиенту концентрации.

Вот несколько реальных практических примеров распространения из повседневной жизни. Вот что такое наука!

Распространение в повседневной жизни

Будучи универсальным физическим явлением, распространение происходит повсюду в повседневной жизни. Вот несколько примечательных примеров.

Реклама

Воздушные шары

Вы когда-нибудь замечали, как гелиевые воздушные шары медленно теряют свою подъемную силу? Это связано с тем, что гелий постепенно диффундирует из богатой гелием среды внутри воздушного шара в бедную гелием среду наружного воздуха.

Пищевой краситель

Капля пищевого красителя в стакане с акварельной водой путем диффузии. Молекулы красителя медленно равномерно распределяются по жидкости, создавая определенный оттенок.

Духи

Когда духи (или освежитель воздуха, сигаретный дым или почти любое другое сильно пахнущее вещество) производятся в одной части комнаты, они распространяются на остальную часть посредством диффузии. В дальних частях комнаты меньше химических веществ, производящих запах, поэтому молекулы естественным образом распространяются.

Газированная вода

Газированные напитки улетучиваются в результате диффузии. Концентрация углекислого газа в воздухе ниже, чем в напитке, поэтому молекулы CO2 покидают напиток и распространяются в воздухе.

Реклама

Чай

Размешивание рассыпных чайных листьев в горячей воде (использование чайного пакетика включает осмос, когда вода попадает в чайный пакетик) заставляет химические вещества, из которых состоит чай, диффундировать в воду, производя важнейший напиток.

Распространение в организме человека

Давайте проясним: диффузия управляет вашим телом. Если бы он остановился, вы бы тоже. Вот пять причин, по которым диффузия жизненно важна для нашей биологии.

Дыхание

Сделайте глубокий вдох и поблагодарите диффузию, потому что кислород попадает в ваш кровоток только тогда, когда молекулы O2, которые вы вдыхаете, диффундируют в деоксигенированную кровь. Вдох и выдох — это механическое действие, а не диффузия, но на самом деле кислород попадает в кровоток посредством диффузии.

Кальций

Кальций нужен не только для костей. Это жизненно важно для всех видов физических функций, включая отправку нервных сигналов и движение мышц. Когда в крови недостаточно кальция, щитовидная железа выделяет химическое вещество, заставляющее кости высвобождать кальций, который затем диффундирует в кровь и решает проблему.

Реклама

Почки

Трудно восхищаться почками, но они действительно нужны. Почки фильтруют опасные химические вещества из кровотока через микроскопические трубки, называемые нефронами. Нефроны отделяют кровь от химических отходов и токсинов, а затем повторно поглощают воду и питательные вещества из крови посредством диффузии. Остальное проходит через мочевой пузырь и выходит наружу.

Печень

Ваша печень делает множество интересных вещей, но в верхней части списка она синтезирует белки. Вам нужны те. Ваше тело состоит из них. В процессе он производит потенциально опасный продукт отходов, называемый мочевиной. К счастью для вас и вашей печени, мочевина затем диффундирует в кровоток прямо перед вашими вышеупомянутыми почками, где она отфильтровывается.

Реклама

Вода

Поскольку человеческое тело в основном состоит из воды, оно постоянно перетекает из одного места в другое. На самом деле, этот процесс настолько постоянен и сложен, что МРТ иногда фокусируется исключительно на диффузии воды в организме для отслеживания и диагностики заболеваний.

Распространение в природе

Распространение — один из двигателей, управляющих миром природы. Как универсальное физическое явление огромное количество природных процессов основано на диффузии.

Загрязнение воздуха

Не самая приятная форма распространения, но мы здесь. Воздух в своем естественном состоянии состоит примерно из 78 % азота, 21 % кислорода, 1 % аргона, 0,04 % углекислого газа и следовых количеств других газов. Многие сельскохозяйственные, промышленные и механические процессы основаны на способности производить другие материалы в виде отходов. Эти отходы рассеиваются в воздухе, что приводит к последствиям.

Реклама

Сплавы

Сплав представляет собой комбинацию двух или более металлов или металла и одного или нескольких элементов. Большинство из них созданы руками человека и используются для всего, от стальных небоскребов до зубных пломб из амальгамы. Однако некоторые из них встречаются естественным образом.

Они возникают в результате длительного воздействия на металл другого вещества и, как вы уже догадались, диффузии. Атомы диффундируют в промежутки в атомной структуре или заполняют пробелы, создаваемые структурой естественным образом. Встречающиеся в природе сплавы, подобные этому, включают хромит, сплав железа и хрома, важный для производства нержавеющей стали, и электрум, сплав золота и серебра, который использовался для изготовления первых монет.

Кристаллы

Кристаллы по своей природе имеют вакансии в своей атомной структуре. Атомы могут диффундировать в крошечные отверстия. При сжатии атомы заполняют эти вакансии, создавая новые вакансии и изменяя атомную структуру.

Внутриклеточное движение

Звучит красиво, правда? Это просто означает, что движение происходит внутри одной клетки, а не между несколькими. Примечательно, что диффузия происходит, когда новое химическое вещество попадает в цитозоль клетки, жидкую часть внутренностей клетки. После того, как новые молекулы попадают в клетку, они равномерно диффундируют через цитозоль.

Обратите внимание, что они не попадают в клетку путем диффузии; опять же, это осмос.

Листья

В частности, листья ночью. В течение дня растения вдыхают углекислый газ и выдыхают кислород посредством осмоса, который открывает и закрывает устьица — маленькие отверстия на поверхности листа. Однако ночью устьица просто остаются открытыми, и СО2 поступает в растение путем диффузии.

Распространение в мире

Возможно, правильнее будет сказать: «Распространение — это мир». Диффузия является фундаментальным фактором практически во всех естественных и искусственных процессах. Понимание того, что это такое и как оно работает, — большой шаг к пониманию окружающего мира.

Другой тип распространения, который вы можете встретить в мире, — это культурное распространение. В нашей статье «Примеры культурной диффузии» мы показываем, как расширяются горизонты и люди становятся богаче в культурном отношении благодаря распространению различных верований, занятий и даже продуктов питания.