Czy kiedykolwiek widziałeś hordy małych irytujących muszek losowo rojących się nad głową? Czasami wydaje się, że wydają się wisieć nieruchomo w powietrzu. Z jednej strony ten rój jest nieruchomy, z drugiej owady w jego wnętrzu nieustannie poruszają się w prawo, w lewo, w górę, w dół, nieustannie zderzają się ze sobą i ponownie rozpraszają w tej chmurze, jakby niewidzialna siła trzymała je razem.
Ruch molekuł jest podobnie chaotyczny, a ciało zachowuje stabilny kształt. Ruch ten nazywa się ruchem termicznym cząsteczek.
Ruch Browna
W 1827 roku słynny brytyjski botanik Robert Brown użył mikroskopu do badania zachowania mikroskopijnych cząsteczek pyłku w wodzie. Zwrócił uwagę na to, że cząstki nieustannie poruszają się w chaotycznym, przeczącym logicznemu porządku, a ten przypadkowy ruch nie zależy od niczego.ruch cieczy, w której się znajdowały, ani jej parowanie. Najmniejsze cząsteczki pyłku opisywały złożone, tajemnicze trajektorie. Interesujące jest to, że intensywność takiego ruchu nie maleje z upływem czasu i nie jest związana z właściwościami chemicznymi ośrodka, a jedynie zwiększa się wraz ze spadkiem lepkości tego ośrodka lub wielkości poruszających się cząstek. Ponadto temperatura ma duży wpływ na prędkość ruchu cząsteczek: im wyższa, tym szybciej poruszają się cząsteczki.
Dyfuzja
Dawno temu ludzie zdali sobie sprawę, że wszystkie substancje na świecie składają się z najmniejszych cząstek: jonów, atomów, molekuł, a między nimi są przerwy, a te cząstki poruszają się w sposób ciągły i losowy.
Dyfuzja jest konsekwencją ruchu termicznego cząsteczek. Przykłady możemy obserwować niemal wszędzie w życiu codziennym: zarówno w życiu codziennym, jak iw dzikiej przyrodzie. To rozprzestrzenianie się zapachów, sklejanie różnych przedmiotów stałych, mieszanie płynów.
Z naukowego punktu widzenia dyfuzja to zjawisko wnikania cząsteczek jednej substancji w szczeliny między cząsteczkami innej substancji.
Gazy i dyfuzja
Najprostszym przykładem dyfuzji w gazach jest dość szybkie rozprzestrzenianie się zapachów (zarówno przyjemnych, jak i nie tak przyjemnych) w powietrzu.
Dyfuzja w gazach może być niezwykle niebezpieczna, ponieważ z powodu tego zjawiska zatrucie tlenkiem węgla i innymi toksycznymi gazami następuje błyskawicznie.
Dyfuzja w cieczach
Podczas gdy dyfuzja w gazach następuje szybko, najczęściej w ciągu kilku sekund, dyfuzja w cieczach zajmuje całe minuty iczasami nawet godziny. Zależy to od gęstości i temperatury.
Jednym z przykładów dyfuzji w cieczach jest bardzo szybkie rozpuszczanie soli, alkoholi i kwasów, tworząc jednorodne roztwory w krótkim czasie.
Dyfuzja w ciałach stałych
W ciałach stałych dyfuzja jest najtrudniejsza, w normalnej temperaturze pokojowej lub na zewnątrz jest niewidoczna. We wszystkich nowoczesnych i oldschoolowych podręcznikach eksperymenty z ołowianymi i złotymi płytami są opisywane jako przykład dyfuzji w ciałach stałych. Eksperyment ten wykazał, że dopiero po ponad czterech latach znikoma ilość złota przeniknęła do ołowiu, a ołów przeniknął do złota na głębokość nie większą niż pięć milimetrów. Różnica ta wynika z faktu, że gęstość ołowiu jest znacznie większa niż gęstość złota.
W konsekwencji, szybkość i intensywność dyfuzji zależy nie tylko od gęstości substancji i szybkości chaotycznego ruchu cząsteczek, a szybkość z kolei zależy od temperatury. Dyfuzja jest intensywniejsza i szybsza w wyższych temperaturach.
Przykłady dyfuzji w życiu codziennym
Nawet nie myślimy o tym, że każdego dnia niemal na każdym kroku spotykamy się ze zjawiskiem dyfuzji. Dlatego zjawisko to uważane jest za jedno z najbardziej znaczących i interesujących w fizyce.
Jednym z najprostszych przykładów dyfuzji w życiu codziennym jest rozpuszczanie cukru w herbacie lub kawie. Jeśli kawałek cukru zostanie umieszczony w szklance wrzącej wody, po chwili zniknie bez śladu, a nawet objętość płynupraktycznie bez zmian.
Jeśli rozejrzysz się uważnie, możesz znaleźć wiele przykładów dyfuzji, które ułatwiają nam życie:
- rozpuszczanie proszku do prania, nadmanganianu potasu, soli;
- odświeżacze powietrza w sprayu;
- spraye do gardła;
- zmycie brudu z powierzchni bielizny;
- mieszanie kolorów przez artystę;
- wyrabianie ciasta;
- przygotowywanie bogatych bulionów, zup i sosów, słodkich kompotów i napojów owocowych.
W 1638 roku, wracając z Mongolii, ambasador Wasilij Starkow podarował rosyjskiemu carowi Michaiłowi Fiodorowiczowi w prezencie prawie 66 kg suszonych liści o dziwnym cierpkim aromacie. Moskale, którzy nigdy jej nie próbowali, bardzo polubili tę suszoną roślinę i nadal chętnie z niej korzystają. Poznałeś go? Oczywiście jest to herbata, która parzona jest dzięki zjawisku dyfuzji.
Przykłady dyfuzji w środowisku
Rola dyfuzji w otaczającym nas świecie jest bardzo wysoka. Jednym z najważniejszych przykładów dyfuzji jest krążenie krwi w organizmach żywych. Tlen z powietrza dostaje się do naczyń włosowatych krwi znajdujących się w płucach, następnie rozpuszcza się w nich i rozprzestrzenia po całym ciele. Z kolei dwutlenek węgla dyfunduje z naczyń włosowatych do pęcherzyków płucnych. Substancje odżywcze uwalniane z pożywienia dyfundują do komórek.
W gatunkach roślin zielnych dyfuzja zachodzi na całej ich zielonej powierzchni, w większych roślinach kwitnących – przez liście i łodygi, w krzewach i drzewach – przez pęknięciaw korze pni i gałęzi oraz soczewicy.
Ponadto przykładem dyfuzji w świecie zewnętrznym jest wchłanianie wody i rozpuszczonych w niej minerałów przez system korzeniowy roślin z gleby.
To dyfuzja jest powodem, dla którego skład niższej atmosfery jest niejednorodny i składa się z kilku gazów.
Niestety, w naszym niedoskonałym świecie jest bardzo niewiele osób, które nie wiedzą, czym jest zastrzyk, zwany również „zastrzykiem”. Ten rodzaj bolesnego, ale skutecznego leczenia opiera się również na zjawisku dyfuzji.
Zanieczyszczenie środowiska: gleba, powietrze, zbiorniki wodne - to również przykłady dyfuzji w przyrodzie.
Białe chmury topniejące na błękitnym niebie, tak uwielbiane przez poetów wszechczasów - jest też dyfuzją znaną każdemu uczniowi gimnazjum i liceum!
Więc dyfuzja jest czymś, bez czego nasze życie byłoby nie tylko trudniejsze, ale prawie niemożliwe.
