Partiamo dal fatto che il liquido è uno stato intermedio di aggregazione. Al punto di ebollizione critico, è simile ai gas e alle basse temperature compaiono caratteristiche simili a un solido. Un liquido non ha un modello ideale, il che complica notevolmente la descrizione delle sue proprietà termodinamiche di equilibrio, punto di congelamento, viscosità, diffusione, conducibilità termica, tensione superficiale, entropia, entalpia.
Definizione
Cos'è la diffusione? Questa è la diffusione, la distribuzione, il movimento delle particelle del mezzo, che porta al trasferimento di materia, all'instaurazione di concentrazioni di equilibrio. In assenza di influenze esterne, questo processo è determinato dal movimento termico delle particelle. In questo caso, il processo di diffusione è direttamente proporzionale alla concentrazione. Il flusso di diffusione cambierà in modo simile al gradiente di concentrazione.
Varietà
Se la diffusione in un liquido procede con una variazione di temperatura, si parla di diffusione termica, in un campo elettrico - elettrodiffusione.
Il processo di movimento di grandi particelle in un liquido o gas avviene sottoleggi del moto browniano.
Caratteristiche del flusso
La diffusione in gas, liquidi e solidi procede a velocità diverse. A causa delle differenze nella natura del movimento termico delle particelle in diversi mezzi, il processo ha la velocità massima nei gas e la velocità minima - nei solidi.
La traiettoria della particella è una linea spezzata, poiché la direzione e la velocità cambiano periodicamente. A causa del movimento disordinato, si osserva una graduale rimozione della particella dalla sua posizione originale. Il suo spostamento lungo una linea retta è molto più breve del percorso che ha luogo lungo un percorso spezzato.
Legge di Fick
La diffusione in un liquido obbedisce a due leggi di Fick:
- La densità del flusso di diffusione è direttamente proporzionale alla concentrazione con il coefficiente di diffusione;
- La velocità di variazione della densità del flusso di diffusione è direttamente proporzionale alla velocità di variazione della concentrazione e ha la direzione opposta.
La diffusione in un liquido è caratterizzata da s alti di molecole da una posizione di equilibrio all' altra. Ciascuno di questi s alti si osserva quando l'energia viene impartita alla molecola in un volume sufficiente a rompere il legame con altre particelle. Il s alto medio non supera la distanza tra le molecole.
Quando discutiamo di cosa sia la diffusione in un liquido, notiamo che il processo dipende dalla temperatura. Con il suo aumento, si verifica l '"allentamento" della struttura liquida, a seguito della quale si verifica un forte aumentoil numero di s alti per unità di tempo.
La diffusione in gas, liquidi e solidi ha alcune caratteristiche distintive. Ad esempio, nei solidi, il meccanismo è associato al movimento degli atomi all'interno del reticolo cristallino.
Caratteristiche del fenomeno
La diffusione in un liquido è di interesse pratico in quanto accompagnata dall'equalizzazione della concentrazione di una sostanza in un mezzo inizialmente disomogeneo. Significativamente più particelle fuoriescono dalle aree ad alta concentrazione.
Esperimenti
Gli esperimenti con i liquidi hanno dimostrato che la diffusione è di particolare importanza nella cinetica chimica. Nel corso di un processo chimico sulla superficie dei reagenti o di un catalizzatore, questo processo contribuisce alla determinazione della velocità di rimozione dei prodotti di reazione e all'aggiunta dei reagenti iniziali.
Cosa spiega la diffusione nei liquidi? Le molecole di solvente sono in grado di penetrare attraverso membrane traslucide, determinando una pressione osmotica. Questo fenomeno ha trovato applicazione nei metodi chimici e fisici per la separazione delle sostanze.
Sistemi biologici
In questo caso, si possono considerare modelli di diffusione sull'esempio dell'ossigeno dell'aria che entra nei polmoni, dell'assorbimento dei prodotti digestivi dall'intestino nel sangue, dell'assorbimento di elementi minerali da parte dei peli delle radici. La diffusione degli ioni avviene durante la generazione di impulsi bioelettrici da parte delle cellule muscolari e nervose.
Fattore fisico che influenzala selettività dell'accumulo nelle cellule del corpo di determinati elementi, è la diversa velocità di penetrazione degli ioni attraverso le membrane cellulari. Questo processo può essere espresso dalla legge di Fick, sostituendo il valore del coefficiente di diffusione con la permeabilità della membrana, e invece del gradiente di concentrazione, utilizzare la differenza di valori su entrambi i lati della membrana. Con la penetrazione della diffusione di acqua e gas nella cellula, gli indicatori di pressione osmotica all'esterno e all'interno della cellula cambiano.
Analizzando da cosa dipende la diffusione, notiamo che esistono diversi tipi di questo processo. La forma semplice è associata al libero trasferimento di ioni e molecole verso il gradiente del loro potenziale elettrochimico. Ad esempio, questa opzione è adatta per quelle sostanze in cui le molecole sono di piccole dimensioni, ad esempio alcol metilico, acqua.
La variante limitata presuppone un debole trasferimento di materia. Ad esempio, anche le particelle più piccole non possono penetrare in una cella.
Pagine della cronologia
La diffusione è stata scoperta durante il periodo di massimo splendore dell'antica cultura greca. Democrito e Anassogora erano convinti che ogni sostanza fosse composta da atomi. Hanno spiegato la varietà di sostanze comuni in natura attraverso le connessioni tra i singoli atomi. Presumevano che queste particelle potessero mescolarsi per formare nuove sostanze. Tra i fondatori della teoria cinetica molecolare, che spiegava il meccanismo di diffusione, Mikhail Lomonosov ha svolto un ruolo speciale. Hanno dato una definizione a una molecola, un atomo, e hanno spiegato il meccanismo di dissoluzione.
Esperimenti
L'esperienza con lo zucchero permette di comprendere tutte le caratteristiche della diffusione. Se metti un pezzo di zucchero nel tè freddo, sul fondo della tazza si formerà gradualmente uno sciroppo denso. È visibile ad occhio nudo. Dopo qualche tempo, lo sciroppo sarà distribuito uniformemente su tutto il volume del liquido e non sarà più visibile. Questo processo procede spontaneamente e non comporta la miscelazione dei componenti della soluzione. Allo stesso modo, la fragranza del profumo si diffonde in tutta la stanza.
Gli esperimenti di cui sopra mostrano che la diffusione è un processo spontaneo di penetrazione di molecole di una sostanza nell' altra. La diffusione della materia avviene in tutte le direzioni, nonostante la presenza della gravità. Tale processo è una conferma diretta del movimento costante delle molecole della materia.
Così, nell'esempio sopra, viene effettuata la diffusione di molecole di zucchero e acqua, che è accompagnata da una distribuzione uniforme delle molecole di materia organica in tutto il volume del liquido.
Gli esperimenti consentono di rilevare la diffusione non solo nei liquidi, ma anche nelle sostanze gassose. Ad esempio, puoi installare un contenitore con vapore di etere sulla bilancia. A poco a poco, le coppe si equilibrano, quindi il bicchiere di etere sarà più pesante. Qual è la ragione di questo fenomeno?
Nel tempo, le molecole di etere si mescolano con le particelle d'aria e nella stanza inizia a sentirsi un odore specifico. In un corso di fisica del liceo si considera un esperimento in cui un insegnante scioglie un granello di permanganato di potassio (permanganato di potassio) in acqua. All'inizio è visibile una chiara traiettoria di movimento del grano,ma a poco a poco l'intera soluzione acquista un'ombra uniforme. Sulla base dell'esperimento, l'insegnante spiega le caratteristiche della diffusione.
Per identificare i fattori che influenzano la velocità del processo nei liquidi, puoi utilizzare acqua di diverse temperature. In un liquido caldo, il processo di miscelazione reciproca delle molecole si osserva molto più velocemente, quindi esiste una relazione diretta tra il valore della temperatura e la velocità di diffusione.
Conclusione
Gli esperimenti condotti con gas, liquidi e solidi consentono di formulare le leggi della fisica, stabilire la relazione tra le singole grandezze.
Fu come risultato degli esperimenti che fu stabilito il meccanismo di penetrazione reciproca delle particelle di una sostanza nell' altra, fu dimostrata la natura caotica del loro movimento. Empiricamente, è stato riscontrato che la diffusione avviene più velocemente nelle sostanze gassose. Questo processo è di grande importanza per la fauna selvatica, è utilizzato nella scienza e nella tecnologia.
Grazie a questo fenomeno si mantiene la composizione omogenea dell'atmosfera terrestre. In caso contrario, si osserverebbe la stratificazione della troposfera in sostanze gassose separate e l'anidride carbonica pesante, inadatta alla respirazione, sarebbe la più vicina alla superficie del nostro pianeta. A cosa porterebbe? La fauna cesserebbe semplicemente di esistere.
Anche il ruolo della diffusione nel mondo vegetale è grande. La rigogliosa corona degli alberi può essere spiegata dallo scambio di diffusione attraverso la superficie delle foglie. Di conseguenza, non viene eseguita solo la respirazione, ma anche la nutrizione dell'albero. Attualmente in agricolturaViene utilizzata l'alimentazione fogliare di arbusti e alberi, che comporta l'irrorazione della corona con composti chimici speciali.
È durante la diffusione che la pianta riceve i nutrienti dal terreno. Anche i processi fisiologici che si verificano negli organismi viventi sono associati a questo fenomeno. Ad esempio, l'equilibrio salino è impossibile senza diffusione. Tali processi sono di grande importanza nel fornire ossigeno a laghi e fiumi. Il gas entra nelle profondità del giacimento proprio per diffusione. Se tale processo fosse assente, la vita all'interno del serbatoio cesserebbe di esistere.
Si basa anche sulla diffusione dell'assunzione di farmaci che consentono a una persona di proteggersi dagli agenti patogeni di varie malattie e di migliorare il proprio benessere. Questo fenomeno viene utilizzato nella saldatura dei metalli, nella produzione di succo di zucchero da scaglie di barbabietola e nella preparazione di dolci. È difficile trovare un tale ramo dell'industria moderna in cui la diffusione non sia utilizzata.
