Սկսենք նրանից, որ հեղուկը ագրեգացման միջանկյալ վիճակ է։ Կրիտիկական եռման կետում այն նման է գազերին, իսկ ցածր ջերմաստիճանի դեպքում ի հայտ են գալիս պինդ նյութի նման հատկանիշներ։ Հեղուկը չունի իդեալական մոդել, ինչը զգալիորեն բարդացնում է նրա հավասարակշռության թերմոդինամիկ հատկությունների, սառեցման կետի, մածուցիկության, դիֆուզիայի, ջերմահաղորդականության, մակերևութային լարվածության, էնտրոպիայի, էնթալպիա նկարագրությունը:
Սահմանում
Ի՞նչ է դիֆուզիան: Սա միջավայրի մասնիկների տարածումն է, բաշխումը, շարժումը, որը հանգեցնում է նյութի տեղափոխմանը, հավասարակշռության կոնցենտրացիաների հաստատմանը։ Արտաքին ազդեցությունների բացակայության դեպքում այս գործընթացը որոշվում է մասնիկների ջերմային շարժումով: Այս դեպքում դիֆուզիոն պրոցեսն ուղիղ համեմատական է խտությանը: Դիֆուզիոն հոսքը կփոխվի համակենտրոնացման գրադիենտի նման:
Տարատեսակներ
Եթե հեղուկում դիֆուզիան ընթանում է ջերմաստիճանի փոփոխությամբ, այն կոչվում է ջերմային դիֆուզիա, իսկ էլեկտրական դաշտում՝ էլեկտրադիֆուզիա։
Հեղուկի կամ գազի մեջ խոշոր մասնիկների շարժման գործընթացը տեղի է ունենում տակԲրոունյան շարժման օրենքները։
Հոսքի առանձնահատկությունները
Գազերում, հեղուկներում և պինդ մարմիններում դիֆուզիան ընթանում է տարբեր արագություններով: Տարբեր միջավայրերում մասնիկների ջերմային շարժման բնույթի տարբերության պատճառով պրոցեսն ունի առավելագույն արագություն գազերում, իսկ նվազագույն արագությունը՝ պինդ մարմիններում:
Մասնիկի հետագիծը կոտրված գիծ է, քանի որ ուղղությունը և արագությունը պարբերաբար փոխվում են: Անկանոն շարժման պատճառով նկատվում է մասնիկի աստիճանական հեռացում սկզբնական դիրքից։ Նրա տեղաշարժը ուղիղ գծով շատ ավելի կարճ է, քան ճեղքված ճանապարհով տեղի ունեցող ճանապարհը։
Ֆիկի օրենքը
Հեղուկի մեջ դիֆուզիան ենթարկվում է Ֆիկի երկու օրենքին.
- դիֆուզիոն հոսքի խտությունը ուղիղ համեմատական է կոնցենտրացիայի դիֆուզիոն գործակցով;
- Դիֆուզիոն հոսքի խտության փոփոխության արագությունը ուղիղ համեմատական է կոնցենտրացիայի փոփոխության արագությանը և ունի հակառակ ուղղություն:
Հեղուկի մեջ դիֆուզիան բնութագրվում է մոլեկուլների թռիչքներով մի հավասարակշռության դիրքից մյուսը: Յուրաքանչյուր նման թռիչք նկատվում է, երբ էներգիան մոլեկուլին փոխանցվում է այնպիսի ծավալով, որը բավարար է այլ մասնիկների հետ կապը խզելու համար: Միջին թռիչքը չի գերազանցում մոլեկուլների միջև հեռավորությունը։
Երբ քննարկում ենք, թե ինչ է դիֆուզիան հեղուկում, մենք նշում ենք, որ գործընթացը կախված է ջերմաստիճանից: Դրա ավելացմամբ տեղի է ունենում հեղուկ կառուցվածքի «թուլացում», որի արդյունքում տեղի է ունենում կտրուկ աճ.ժամանակի միավորի վրա ցատկերի քանակը։
Գազերում, հեղուկներում և պինդ մարմիններում դիֆուզիան ունի մի քանի տարբերակիչ հատկանիշներ: Օրինակ՝ պինդ մարմիններում մեխանիզմը կապված է բյուրեղային ցանցի ներսում ատոմների շարժման հետ։
Երևույթի առանձնահատկությունները
Հեղուկի մեջ դիֆուզիան գործնական հետաքրքրություն է ներկայացնում այն պատճառով, որ այն ուղեկցվում է սկզբնական անհամասեռ միջավայրում նյութի կոնցենտրացիայի հավասարեցմամբ։ Զգալիորեն ավելի շատ մասնիկներ են փախչում բարձր կոնցենտրացիա ունեցող տարածքներից:
Փորձեր
Հեղուկների հետ փորձերը ցույց են տվել, որ դիֆուզիան առանձնահատուկ նշանակություն ունի քիմիական կինետիկայի մեջ: Ռեակտիվ նյութերի կամ կատալիզատորի մակերեսի վրա քիմիական գործընթացի ընթացքում այս գործընթացը նպաստում է ռեակցիայի արտադրանքի հեռացման արագության որոշմանը և սկզբնական ռեակտիվների ավելացմանը:
Ինչո՞վ է բացատրվում դիֆուզիան հեղուկներում: Լուծիչների մոլեկուլները կարող են թափանցել կիսաթափանցիկ թաղանթներով, ինչի արդյունքում առաջանում է օսմոտիկ ճնշում: Այս երևույթը կիրառություն է գտել նյութերի տարանջատման քիմիական և ֆիզիկական մեթոդներում։
Կենսաբանական համակարգեր
Այս դեպքում դիֆուզիոն մոդելները կարելի է դիտարկել օդի թթվածնի ներթափանցման օրինակով, աղիքներից արյան մեջ մարսողական արտադրանքի ներծծմամբ, արմատային մազերով հանքային տարրերի կլանմամբ: Իոնների դիֆուզիան տեղի է ունենում մկանների և նյարդային բջիջների կողմից կենսաէլեկտրական իմպուլսների առաջացման ժամանակ։
Ֆիզիկական գործոն, որն ազդում էՈրոշ տարրերի մարմնի բջիջներում կուտակման ընտրողականությունը բջջային թաղանթներով իոնների ներթափանցման տարբեր արագությունն է: Այս գործընթացը կարող է արտահայտվել Ֆիկի օրենքով՝ դիֆուզիոն գործակիցի արժեքը փոխարինելով մեմբրանի թափանցելիությամբ և կոնցենտրացիայի գրադիենտի փոխարեն օգտագործել մեմբրանի երկու կողմերում գտնվող արժեքների տարբերությունը։ Ջրի և գազերի բջջի դիֆուզիոն ներթափանցմամբ բջջի ներսում և դրսում օսմոտիկ ճնշման ցուցանիշները փոխվում են:
Վերլուծելով, թե ինչից է կախված դիֆուզիան, մենք նշում ենք, որ այս գործընթացի մի քանի տեսակներ կան: Պարզ ձևը կապված է իոնների և մոլեկուլների ազատ փոխանցման հետ դեպի նրանց էլեկտրաքիմիական ներուժի գրադիենտ: Օրինակ՝ այս տարբերակը հարմար է այն նյութերի համար, որոնցում մոլեկուլները փոքր են, օրինակ՝ մեթիլ սպիրտ, ջուր։
Սահմանափակ տարբերակը ենթադրում է նյութի թույլ փոխանցում: Օրինակ, նույնիսկ փոքր մասնիկները չեն կարող թափանցել բջիջ:
Պատմության էջեր
Դիֆուզիան հայտնաբերվել է հին հունական մշակույթի ծաղկման շրջանում: Դեմոկրիտը և Անաքսոգորասը համոզված էին, որ ցանկացած նյութ բաղկացած է ատոմներից։ Նրանք բնության մեջ տարածված նյութերի բազմազանությունը բացատրում էին առանձին ատոմների միջև կապերով։ Նրանք ենթադրում էին, որ այս մասնիկները կարող են խառնվել՝ նոր նյութեր առաջացնելով։ Դիֆուզիայի մեխանիզմը բացատրող մոլեկուլային-կինետիկ տեսության հիմնադիրների թվում առանձնահատուկ դեր է խաղացել Միխայիլ Լոմոնոսովը։ Նրանք տվել են մոլեկուլի՝ ատոմի սահմանումը և բացատրել տարրալուծման մեխանիզմը։
Փորձեր
Շաքարավազի հետ կապված փորձը թույլ է տալիս հասկանալ դիֆուզիայի բոլոր հատկանիշները: Եթե սառը թեյի մեջ մի կտոր շաքար լցնեք, բաժակի հատակին աստիճանաբար թանձր օշարակ կստեղծվի։ Այն տեսանելի է անզեն աչքով։ Որոշ ժամանակ անց օշարակը հավասարաչափ կբաշխվի հեղուկի ամբողջ ծավալով և այլևս չի երևա։ Այս գործընթացը ընթանում է ինքնաբուխ և չի ներառում լուծույթի բաղադրիչների խառնումը: Նմանապես, օծանելիքի բուրմունքը տարածվում է ամբողջ սենյակում:
Վերոնշյալ փորձերը ցույց են տալիս, որ դիֆուզիան մի նյութի մոլեկուլների ներթափանցման ինքնաբուխ գործընթաց է մյուսի մեջ: Նյութի տարածումը տեղի է ունենում բոլոր ուղղություններով՝ չնայած ձգողականության առկայությանը։ Նման գործընթացը նյութի մոլեկուլների մշտական շարժման ուղղակի հաստատումն է։
Այսպիսով, վերը նշված օրինակում իրականացվում է շաքարի և ջրի մոլեկուլների դիֆուզիա, որն ուղեկցվում է օրգանական նյութերի մոլեկուլների միատեսակ բաշխմամբ հեղուկի ողջ ծավալով։
Փորձերը հնարավորություն են տալիս հայտնաբերել դիֆուզիոն ոչ միայն հեղուկների, այլև գազային նյութերի մեջ։ Օրինակ, կշեռքի վրա կարող եք տեղադրել եթերային գոլորշիով տարա: Աստիճանաբար գավաթները կհասնեն հավասարակշռության, ապա եթերի բաժակը կծանրանա: Ինչո՞վ է պայմանավորված այս երեւույթը։
Ժամանակի ընթացքում եթերի մոլեկուլները խառնվում են օդի մասնիկների հետ, և սենյակում սկսում է զգալ հատուկ հոտ: Ավագ դպրոցի ֆիզիկայի դասընթացում դիտարկվում է փորձ, որի ընթացքում ուսուցիչը ջրի մեջ լուծում է կալիումի պերմանգանատի հատիկը (կալիումի պերմանգանատ): Սկզբում տեսանելի է հացահատիկի շարժման հստակ հետագիծ,բայց աստիճանաբար ամբողջ լուծումը ձեռք է բերում միատեսակ երանգ: Փորձի հիման վրա ուսուցիչը բացատրում է դիֆուզիայի առանձնահատկությունները։
Հեղուկներում գործընթացի արագության վրա ազդող գործոնները բացահայտելու համար կարող եք օգտագործել տարբեր ջերմաստիճանի ջուր: Տաք հեղուկում մոլեկուլների փոխադարձ խառնման գործընթացը նկատվում է շատ ավելի արագ, հետևաբար անմիջական կապ կա ջերմաստիճանի արժեքի և դիֆուզիայի արագության միջև։
Եզրակացություն
Գազերի, հեղուկների և պինդ մարմինների հետ անցկացված փորձերը հնարավորություն են տալիս ձևակերպել ֆիզիկայի օրենքները, հաստատել առանձին մեծությունների միջև կապը։
Հենց փորձերի արդյունքում հաստատվեց մի նյութի մասնիկների մյուսի մեջ փոխներթափանցելու մեխանիզմը, ապացուցվեց դրանց շարժման քաոսային բնույթը։ Էմպիրիկորեն պարզվել է, որ դիֆուզիոն ամենաարագը տեղի է ունենում գազային նյութերում: Այս գործընթացը մեծ նշանակություն ունի վայրի բնության համար, օգտագործվում է գիտության և տեխնիկայի մեջ։
Այս երեւույթի շնորհիվ պահպանվում է երկրագնդի մթնոլորտի միատարր կազմը։ Հակառակ դեպքում կնկատվեր տրոպոսֆերայի շերտավորումը առանձին գազային նյութերի, իսկ շնչառության համար ոչ պիտանի ծանր ածխաթթու գազը ամենամոտն կլիներ մեր մոլորակի մակերեսին։ Ինչի՞ դա կհանգեցներ։ Վայրի բնությունը պարզապես կդադարի գոյություն ունենալ։
Բուսական աշխարհում մեծ է նաև դիֆուզիայի դերը։ Ծառերի փարթամ պսակը կարելի է բացատրել տերևների մակերևույթի միջոցով դիֆուզիոն փոխանակմամբ: Արդյունքում ոչ միայն շնչառություն է իրականացվում, այլեւ ծառի սնուցում։ Ներկայումս գյուղատնտեսության ոլորտումՕգտագործվում է թփերի և ծառերի սաղարթային սնուցում, որը ներառում է թագը հատուկ քիմիական միացություններով ցողում։
Դիֆուզիայի ժամանակ է, որ բույսը սննդանյութեր է ստանում հողից։ Այս երեւույթի հետ են կապված նաեւ կենդանի օրգանիզմներում տեղի ունեցող ֆիզիոլոգիական պրոցեսները։ Օրինակ, աղի հավասարակշռությունը անհնար է առանց դիֆուզիայի: Նման գործընթացները մեծ նշանակություն ունեն լճերն ու գետերը թթվածնով ապահովելու համար։ Գազը ջրամբարի խորքերը մտնում է հենց դիֆուզիայի միջոցով։ Եթե նման գործընթացը չլիներ, ջրամբարի ներսում կյանքը կդադարեր գոյություն ունենալ։
Դեղերի ընդունումը, որոնք թույլ են տալիս մարդուն պաշտպանվել տարբեր հիվանդությունների պաթոգեններից և բարելավել ինքնազգացողությունը, նույնպես հիմնված է դիֆուզիայի վրա: Այս երեւույթն օգտագործվում է մետաղների եռակցման, ճակնդեղի չիպսերից շաքարահյութի արտադրության, հրուշակեղենի պատրաստման մեջ։ Դժվար է գտնել ժամանակակից արդյունաբերության այնպիսի ճյուղ, որտեղ դիֆուզիոն չօգտագործվի։
