Mi a diffúzió a fizikában diff. Absztrakt: Téma: „Diffúzió az élő és élettelen természetben. Gázok diffúziója fémekben

DIFFÚZIÓ -és; f. [a lat. diffusio - szóródás, terjedés] 1. Fizik. Az érintkező anyagok egymásba való kölcsönös behatolása az anyag részecskéinek hőmozgása következtében. D. gázok. D. folyadékok. 2. áthatolás, felcserélés vminek Kuznyecov magyarázó szótár

diffúzió - diffúzió f. 1. Az érintkező anyagok egymásba való kölcsönös behatolása molekulák és atomok hőmozgása következtében. 2. Áthatolás, valaminek felcserélése. Efremova magyarázó szótára

Diffúzió - (latinul diffusio spreading, spreading) az érintkező anyagok spontán egymásbahatolási folyamata a részecskék hőmozgása következtében; az egyik fő folyamat, amely biztosítja az anyagok mozgását a sejtekben és szövetekben. Orvosi enciklopédia

Diffúzió - I A diffúzió (latin diffusio - szétterülés, szétterülés) az érintkező anyagok egymásba való kölcsönös behatolása az anyag részecskéinek hőmozgása következtében. Nagy Szovjet enciklopédia

Diffúzió – A kulturális vonások és komplexumok kulturális kölcsönös behatolása egyik társadalomból a másikba, amikor érintkezésbe kerülnek. Kultúratudományi Szótár

Diffúzió - (a latin diffusio - szétterülés, szétszóródás, szóródás * a. Diffúzió; n. Diffúzió; f. Diffúzió; és. Difúzió) - egy anyag átvitele a koncentrációjának kiegyenlítődése következtében egy kezdetben heterogén rendszerben. D. - az egyik szakasza számos. Bányászati ​​enciklopédia

A diffúziót - D.-nek nevezzük a testek egymásba való részleges szétterülését, melynek eredménye a rendszer teljes homogenitása, kezdetben heterogén. D. folyadékokban, gázokban és szilárd anyagokban fordul elő. Brockhaus és Efron enciklopédikus szótára

diffúzió - 1) az egyik anyag (gáz, folyékony, szilárd) molekuláinak behatolása egy másikba, amikor közvetlenül érintkeznek vagy porózus válaszfalon keresztül. Mikrobiológia. Fogalmak szójegyzéke

DIFFÚZIÓ - DIFFÚZIÓ (a latin diffusio szóból - szétterülés, szétterülés, szóródás) - a közeg részecskéinek mozgása, amely az anyag átadásához és a koncentrációk kiegyenlítéséhez vezet, vagy adott típusú részecskék koncentrációinak egyensúlyi eloszlásának kialakításához. a közeg. Nagy enciklopédikus szótár

diffúzió - DIFF'USIA, lásd diffúzió. Ushakov magyarázó szótára

diffúzió - n., szinonimák száma: 9 barodiffúzió 1 penetráció 32 piezodiffúzió 1 szórás 37 diszperzió 29 szórás 5 öndiffúzió 1 termikus diffúzió 2 elektrodiffúzió 1 Az orosz nyelv szinonimák szótára

DIFFÚZIÓ - DIFFÚZIÓ - eng. diffúzió; német Diffúzió. 1. Egyes objektumok (innovációk, információk, kultúraelemek) terjesztése és átvétele a társadalmi. rendszer. 2. Más kultúra elemeinek kölcsönzése, asszimilációja. Szociológiai szótár

diffúzió - -és, f. fizikai Az érintkező anyagok egymásba való kölcsönös behatolása az anyag részecskéinek hőmozgása következtében. Gázok diffúziója. Folyadékok diffúziója. [A lat. diffusio - szétterítés, terítés] Akadémiai kisszótár

diffúzió - diffúzió, diffúzió, diffúzió, diffúzió, diffúzió, diffúzió, diffúzió, diffúzió, diffúzió, diffúzió, diffúzió, diffúzió, diffúzió Zaliznyak nyelvtani szótára

DIFFÚZIÓ - DIFFÚZIÓ, egy anyag mozgása egy keverékben egy magas koncentrációjú területről egy alacsony koncentrációjú területre, amelyet az egyes atomok vagy molekulák véletlenszerű mozgása okoz. A diffúzió leáll, amikor a koncentrációgradiens eltűnik. Tudományos és műszaki szótár

diffúzió - Diffúzió, f. [latin. diffusio] (fizikai). Különböző, egymással érintkező testek kölcsönös behatolása. Folyadékok diffúziója. Idegen szavak nagy szótára

diffúzió - DIFFÚZIÓ, és, f. (szakember.). Az egyik anyag részecskéinek kölcsönös behatolása a másikba, amikor érintkezésbe kerülnek. D. gázok. | adj. diffúzió, oh, oh. Ozsegov magyarázó szótára

A diffúzió latinul diffúziót vagy interakciót jelent. A diffúzió nagyon fontos fogalom a fizikában. A diffúzió lényege egy anyag egyes molekuláinak behatolása a másikba. A keverés során mindkét anyag koncentrációja kiegyenlődik az általuk elfoglalt térfogaton. Egy nagyobb koncentrációjú helyről egy kisebb koncentrációjú helyre kerül az anyag, emiatt a koncentrációk kiegyenlítődése következik be. Ha átgondoltuk, hogy mi a diffúzió, el kell kezdeni azokat a feltételeket, amelyek befolyásolhatják e jelenség sebességét.

A diffúziót befolyásoló tényezők

Ahhoz, hogy megértsük, mitől függ a diffúzió, vegyük figyelembe az azt befolyásoló tényezőket.

A diffúzió hőmérsékletfüggő. A diffúzió sebessége a hőmérséklet emelkedésével nő, mert a hőmérséklet emelkedésével a molekulák mozgási sebessége nő, vagyis a molekulák gyorsabban keverednek. Egy anyag aggregációs állapota azt is befolyásolja, hogy mitől függ a diffúzió, nevezetesen a diffúzió sebességét. A termikus diffúzió a molekula típusától függ. Például, ha egy tárgy fém, akkor a termikus diffúzió gyorsabban megy végbe, szemben azzal, ha a tárgy szintetikus anyagból készült. A szilárd anyagok közötti diffúzió nagyon lassú. A diffúzió nagy jelentőséggel bír a természetben és az emberi életben.

Diffúziós példák

Hogy jobban megértsük, mi a diffúzió, nézzük meg példákkal. Az anyagok molekulái, függetlenül aggregációs állapotuktól, folyamatosan mozgásban vannak. Következésképpen a diffúzió gázokban, folyadékokban és szilárd anyagokban is előfordulhat. A diffúzió a gázok keveredése. A legegyszerűbb esetben a szagok terjedése. Ha bármilyen festéket tesz a vízbe, akkor egy idő után a folyadék egyenletesen színeződik. Ha két fém érintkezik, akkor az érintkezési határon molekuláik összekeverednek.

Tehát a diffúzió egy anyag molekuláinak keveredését jelenti véletlenszerű hőmozgásuk során.

A diffúzió ezen típusait ugyanaz a fenomenológia írja le. kapcsolatokat.
Alapfogalmak. A fő jellemző diffúzió a diffúziós áramlás sűrűsége J - az egységnyi idő alatt átvitt szigetek száma a felület egységnyi területén, merőlegesen az átvitel irányára. Ha olyan környezetben, ahol nincs t-ry, nyomás, elektromos gradiens. potenciál stb., létezik egy c (x, t) koncentráció gradiens, amely egységnyi hosszonkénti változását jellemzi x irányban (egydimenziós eset) t időpontban, majd izotróp közegben nyugalmi állapotban.

J = - D (ds/dx), (1)

ahol D a diffúziós együttható (m 2 / s); a mínusz jel jelzi az áramlás irányát a magasabb koncentrációktól az alacsonyabbak felé. A koncentráció térbeli-időbeli eloszlása:

Ur-niya (1) és (2) hívott. Fick első és második törvénye. A háromdimenziós diffúziót [c (x, y, z; t)] az ur-ny írja le:

J = - D grad c (3)

ahol J a diffúziós fluxus sűrűségének vektora, grad a koncentrációmező gradiense. A részecskék átvitele a közegben véletlenszerű mozgásuk és abs. mindegyik nagysága és iránya nem függ az előzőektől. A diffúziós mozgást az egyes részecskék közegében általában az L 2 alaphelyzetből való elmozdulással jellemezzük t időben. Mert háromdimenziós tér Einstein első relációja igaz: L 2 = GDt. Így a D paraméter a közeg részecskékre gyakorolt ​​hatásának hatékonyságát jellemzi. Többkomponensű keverékekben nyomásgradiens és t-ry (izobár-izoterm diffúzió) hiányában történő diffúzió esetén a komponensek kölcsönös behatolásának leírását a koncentrációjuk gradiensei jelenlétében, az ún. interdiffúziós együtthatók. Például egydimenziós diffúzióval kétkomponensű rendszer az egyik komponens diffúziós áramlásának kifejezése a következőképpen alakul:

ahol c 1 + c 2 = állandó, D 12 = D 21 - együttható. mindkét komponens kölcsönös diffúziója. A t-ry gradiens hatására a közeg egyenetlen melegítése következtében a gáz- vagy folyékony keverékek komponensei átkerülnek - termikus diffúzió (oldatokban - Soret-effektus). Ha között különálló részek a rendszer állandó marad különbség tr, akkor a keverék térfogatában a termikus diffúzió következtében komponenskoncentráció gradiensek jelennek meg, ami beindítja a közönséges diffúziót. Ez utóbbi stacionárius állapotban (anyagáramlás hiányában) kiegyenlíti a hődiffúziót, és a rendszerben a komponensek koncentrációbeli különbsége keletkezik. Ez a hatás az egyik izotóp-leválasztási módszer, valamint az olajfrakciók termikus diffúziós szétválasztásának hátterében. Ext. nyomásgradiens vagy gravitáció hatása a rendszerre. mező, barodiffúzió lép fel. Példák: kis lebegő részecskék diffúziós lerakódása, amikor gázmolekulákkal ütköznek (lásd Porgyűjtés); baromembrán folyamatok - fordított ozmózis, mikro- és ultraszűrés (lásd. Membránleválasztó eljárások, Ozmózis). Művelet a rendszeren ext. elektromos mező a töltött részecskék irányított átvitelét - elektrodiffúziót okozza. Példák: elektromembrán eljárások, pl. elektrodialízis – elektromos elválasztás áram ionizált konn. választottak eredményeként. ionok átvitele ioncserélő membránokon keresztül; A töltéshordozók diffúziója a vezetési elektronok és lyukak mozgása, amelyet a félvezetőkben való koncentrációjuk inhomogenitása okoz. Matematikailag a Fick-törvények analógok a hővezetés Fourier-egyenleteivel. Ez az analógia általános törvényeken alapul visszafordíthatatlan folyamatok intenzív állapotparaméterek (koncentráció, t-ry, nyomás stb.) újraelosztása a dec. részek k.-l. rendszer, mivel az hajlamos a termodinamikaira. egyensúly. A rendszer ettől való kis eltéréseinél ezeket a mintákat a fizikai áramlások közötti lineáris összefüggések írják le. mennyiségek és termodinamikai. erők, azaz a jelzett eltéréseket okozó paraméterek gradiensei. Különösen az ilyen típusú részecskék diffúziós fluxusa, az egyes típusú részecskék koncentrációinak gradiensein túlmenően, megfelelő körülmények között, nagymértékben meghatározható más intenzív paraméterek gradienseivel és ext. erők. V Általános nézet az áramlások és az erők kapcsolatát fenomenológiailag írják le. Az irreverzibilis folyamatok termodinamikájának ur-ciója. Például egy elektromosan semleges bináris gázrendszer esetén t-ry dT / dx gradiens, dT / dx nyomásgradiens és elektromos gradiens jelenlétében. potenciális d j / dx kifejezés a részecskék diffúziós fluxusára a q i töltés egydimenziós esetben a következőképpen alakul:

ahol c a keverék részecskéinek teljes száma egységnyi térfogatban; n i = c i / c -összefügg. az i-edik komponens részecskéinek aránya (i = 1, 2); D p, D T - együttható. baro- és termikus diffúzió; m i = q i D / kТ (Nernst-Einstein arány) az 1. komponens részecskéinek mobilitása elektromosságban. terület; k a Boltzmann-állandó; T - abs. t-ra. Például egy bináris gázkeverékben állandó nyomáson és nincs ext. teljes diffúziós fluxust kényszerít

Áramlás hiányában (J = 0) a koncentráció-eloszlást f-le határozza meg:

ahol k T = D T / D 12. Coef. D T azt jelenti. mértéke az intermolekuláris kölcsönhatástól függ, ezért tanulmányozása lehetővé teszi a bomlás során fellépő intermolekuláris erők feltárását. környezetek. Az idegen anyagok (szennyeződések) részecskéinek diffúziós átvitelével egyidejűleg, egyenetlenül elosztva a K.-L. környezet, öndiffúzió történik - magának a környezetnek a részecskéinek véletlenszerű mozgása, kémiai. egy vágás összetétele nem változik egyszerre. Ez a folyamat még a termodinamika hiányában is megfigyelhető. erők, amelyeket Fick ur-ments ír le, amelyben D helyébe a D c paraméter, az úgynevezett együttható. öndiffúzió. Az öndiffúzió hatása két, azonos anyag őrölt mintájának összeillesztéséhez, a porok szinterezéséhez vezethet, amikor elektromos áramot vezetnek át rajtuk. áram, a testek feszítésére a rájuk függesztett terhelés hatására (anyagok diffúziós kúszása) stb. Szilárd anyagokban való kölcsönös diffúzió esetén az egyik típusú atomok fluxusa meghaladhatja a másik típusú atomok fluxusát, amelyek ellenkező irányba haladnak, ha nem kompenzálják. üres helyek (és esetleg a kompenzálatlan atomok számára) vannak nyelők. Ebben az esetben pórusok jelennek meg a kristályban, ami a kristály stabilitásának megsértéséhez vezet. rácsok, mint a szőr. rendszerek és ennek eredményeként a kristályos elmozduláshoz. síkok egésze (Kirkindahl-effektus). Különösen a bináris fémek kölcsönös diffúziója esetén. rendszerekben "inert" jelek mozgása tapasztalható, például vékony tűzálló huzalok Mo-ról vagy W-ről, amelyek átmérője több. μm-t vezetünk be a diffúziós zónába. A diffúziós tömegátadás sebessége dekomp. in-wah vagy anyagok, néha célszerű jellemezni a permeabilitásuk állandóját P = D g, ahol g - Henry-állandó, amely az átvitt komponens egyensúlyi p-értékét határozza meg. Különösen az osztón átdiffundáló gázmolekulák egyenletes áramlásának kifejezése. válaszfal (membrán) vastagsága d alakja: J = П gD р / d, ahol D p a gázelegy elválasztott komponenseinek parciális nyomásának különbsége a válaszfal mindkét oldalán. Coef. diffúzió jelentősen eltér a diffúziós folyamatok esetében gáznemű és kondenzált (folyékony és szilárd) közegben: naib. A részecskék gyorsan szállítódnak gázokban (D körülbelül 10 - 4 m 2 / s normál hőmérsékleten és nyomáson), lassabb - folyadékokban (körülbelül 10 - 9), még lassabb - szilárd anyagokban (kb. 10 - 12). Illusztráljuk ezeket a következtetéseket a molekuláris diffúzió példáival.
Diffúzió gáznemű közegben. D becsléséhez a szabad hosszát tekintjük a részecskék jellemző (átlagos) elmozdulásának. molekulatartomány l = u t, ahol u és t - a részecskék átlagos mozgási sebessége és ütközéseik közötti idő. Einstein első összefüggésének megfelelően D ~ l 2 t -1 ; pontosabban D = 1/3 lu. Coef. a diffúzió fordítottan arányos a p gáznyomással, mivel l ~ 1 / p; növekvő hőmérséklettel T (állandó térfogat mellett) D T 1/2 arányban nő, mert; a móló növekedésével. a D gáz tömege csökken. A kinetika szerint. gázelmélet, cal. Az A és B gázok kölcsönös diffúziója kettős keverékben (1. táblázat)

ahol p a teljes nyomás a rendszerben, t A és t B a gázok tömege, s A és s B - a Lennard-Jones potenciál paraméterei (lásd például Abszorpció).


Remek praktikus érdekes a gázok szállítása a szilárd anyagok pórusain keresztül. Viszonylag alacsony gáznyomáson vagy pórusméreten (r 0), amikor a gázmolekulák és a pórusfalak ütközésének gyakorisága meghaladja a molekulák kölcsönös ütközésének gyakoriságát, vagyis a szabad molekulák átlagos hosszát. fuss l >> r 0 (normál nyomáshoz r 0-nál< 10 - 7 m), az ún. Knudsen diffúzió. Ebben az esetben a porózus válaszfalon átáramló gáz arányos a molekulák átlagos sebességével, és a gázáteresztőképesség állandóját az egyenletből határozzuk meg:

ahol N s a septum pórusainak felületi sűrűsége. Amennyiben átlagsebesség A molekulák aránya fordítottan arányos négyzetgyök tömegükből a kivált gázelegy komponensei bomlás közben áthatolnak a membrán pórusain. sebességek; ennek eredményeként a válaszfalon átvezetett keverék könnyebb komponensekkel gazdagodik. Az ilyen porózus rendszerekben a gáznyomás növekedésével a pórusfalakon adszorbeált molekulák felületi koncentrációja nő. A képződött adszorbens. a réteg mobilnak bizonyulhat és a pórusfelület mentén mozoghat, aminek eredményeként a térfogati diffúziós transzferrel párhuzamosan felületi gázdiffúzió lehetséges benne. Ez utóbbi néha lényeket jelenít meg. hatása a kémiai kinetikára. transzformációk, amelyek nem egyensúlyi eloszlást okoznak a kölcsönhatási rendszerben. reagensek.
Diffúzió kondenzált közegben. Folyadékokban és szilárd anyagokban a diffúziót úgy hajtják végre, hogy a részecskéket egyik stabil pozícióból a másikba ugrálják, a köztük lévő távolság az intermolekuláris nagyságrendű. Az ilyen ugrásokhoz minden részecske legközelebbi környezetének lokális átrendezése szükséges (az átrendeződés valószínűségét az aktiválási entrópia jellemzi D S) és véletlenszerű felhalmozódása ezen a területen egy bizonyos mennyiségű E D hőenergia (diffúziós aktiválási energia). Az ugrás után minden részecske új energetikailag kedvező pozícióba kerül, és a felszabaduló energia a közegben eloszlik. Ezenkívül D = D 0 exp (- E D / RT), ahol D 0 = n exp (D S / R) az entrópia tényező, amely a közeg molekuláinak "hősokkjának" gyakoriságától függ ( n ~ 10 12 s - 1), R a gázállandó. A részecskék folyadékban való diffúziós mozgását viszkózus tulajdonságai, a részecskék mérete határozza meg, és jellemzi az ún. mobilitás(~ D / kT honnan D ~ ( kT (Einstein második relációja). Paraméter(- együttható. arányosság a részecskesebesség és a motívum között F erő súrlódással járó álló mozgás közben (u =(F). Például r sugarú gömbszimmetrikus részecskék esetében, amelyekre(= 1/6 p r h (T), a Stokes-Einstein egyenlet igaz: D = kT / 6 p r h (T), ahol h (T) – esély. dinamikus a közeg viszkozitása a t-ry függvényében. A D növekedése a folyadékokban a t-ry növekedésével a molekuláik csomagolási sűrűségének csökkenésével magyarázható ("a szerkezet fellazulása") melegítés hatására. és ennek következtében az egységnyi idő alatti részecskeugrások számának növekedése. Coef. diffúzió különböző kérdések táblázatban vannak megadva folyadékokban. 2. és 3.; E D jellemző értékei ~ 20-40 kJ / mol.

Coef. diffúzió szilárd org. a testeknek vannak eszközei. terjedését, bizonyos esetekben elérve a folyadékok megfelelő paramétereivel összehasonlítható értékeket. Naib. érdekes a gázok diffúziója polimerekben. Coef. a bennük való diffúzió (4. táblázat) a diffúziós molekulák méretétől, a kölcsönhatás jellemzőitől függ. azokat makromolekulák töredékeivel, polimer láncok mobilitásával, szabad. a polimer térfogata (a sűrűn csomagolt molekulák valós térfogata és össztérfogata közötti különbség) és szerkezetének heterogenitása.


A polimerek üveges átalakulásának t-t feletti t-t-jeinél a D magas értéke a makromolekulák fragmenseinek ilyen körülmények között való nagy mobilitása miatt következik be, ami a szabad molekulák újraeloszlásához vezet. hangerő és acc. emelkedő D S és csökkenő E D. A t-ts alatti t-ry üvegesedési együttható. a diffúzió értéke általában alacsonyabb. A polimerek folyadékdiffúziója esetén a D értékek a lágyító hatásuk miatt az oldott komponensek koncentrációjától függhetnek. Coef. az ionok diffúziója ioncserélő gyantákban azt jelenti. fokát a nedvességtartalmuk határozza meg (egy ionogénre jutó n vízmolekula átlagos száma csoport). Magas nedvességtartalom mellett (n> 15) a diffúziós sebességek összehasonlíthatók az elektrolitokban lévő ionok megfelelő D értékével (lásd az 5. és 3. táblázatot). Amikor n< 10 коэф. диффузии экспоненциально снижаются с уменьшением п.


Szilárd inorg. szervek, ahol a részesedés ingyenes. kristályos atomok rezgésének térfogata és amplitúdója. A rácsok jelentéktelenek, a diffúzió a szerkezetükben fellépő zavarok (lásd. Kristályhibák) miatt következik be, amelyek a gyártás, melegítés, deformáció és egyéb hatások során keletkeznek. Ebben az esetben a m. több megvalósult. diffúziós mechanizmusok: atomok helycseréje és két szomszédos atom helyének cseréje, egyidejű ciklikus. több mozgatása.

Diffúzió

A diffúzióra példa a gázok keveredése (például a szagok terjedése) vagy a folyadékok (ha tintát csepegtetünk a vízbe, akkor a folyadék egy idő után egyenletes színűvé válik). Egy másik példa a szilárd testhez kapcsolódik: az érintkező fémek atomjai az érintkezési határon keverednek. A részecskék diffúziója fontos szerepet játszik a plazmafizikában.

Általában diffúzió alatt az anyag átadásával járó folyamatokat értjük, de néha más átviteli folyamatokat is diffúziónak neveznek: hővezető képesség, viszkózus súrlódás stb.

A diffúzió sebessége sok tényezőtől függ. Így egy fémrúd esetében a hődiffúzió nagyon gyorsan megy végbe. Ha a rúd szintetikus anyagból készül, a hő diffúzió lassú. A molekulák diffúziója általában még lassabban megy végbe. Például, ha egy kockacukrot leeresztenek egy pohár víz aljára, és a vizet nem keverik, akkor több hét eltelik, amíg az oldat homogénné válik. Az egyik diffúziója szilárd anyag másiknak. Például, ha a réz arannyal van bevonva, akkor az arany rézré diffúziója megtörténik, de normál körülmények között (szobahőmérséklet és légköri nyomás) az aranyat hordozó réteg csak több ezer év múlva éri el a több mikronos vastagságot.

A diffúziós folyamatok kvantitatív leírását A. Fick német fiziológus ( angol) 1855-ben

Általános leírása

A diffúzió minden típusa ugyanazoknak a törvényeknek engedelmeskedik. A diffúziós sebesség arányos a minta keresztmetszeti területével, valamint a koncentrációk, hőmérsékletek vagy töltések különbségével (a paraméterek viszonylag kis értékei esetén). Így a hő négyszer gyorsabban terjed egy két centiméter átmérőjű rúdon keresztül, mint egy centiméter átmérőjű rúdon keresztül. Ez a hő gyorsabban terjed, ha a hőmérséklet-különbség centiméterenként 10 °C 5 °C helyett. A diffúziós sebesség is arányos az adott anyagot jellemző paraméterrel. Hődiffúzió esetén ezt a paramétert hővezető képességnek, elektromos töltések áramlása esetén elektromos vezetőképességnek nevezik. Az adott idő alatt kidiffundáló anyag mennyisége és a diffundáló anyag által megtett távolság arányos a diffúziós idő négyzetgyökével.

A diffúzió molekuláris szintű folyamat, amelyet az egyes molekulák mozgásának véletlenszerű természete határozza meg. A diffúziós sebesség tehát arányos az átlagos molekulasebességgel. A gázok esetében a kis molekulák átlagsebessége nagyobb, vagyis fordítottan arányos a molekulatömeg négyzetgyökével, és a hőmérséklet emelkedésével növekszik. Diffúziós folyamatok szilárd anyagok nál nél magas hőmérsékletek gyakran találnak gyakorlati használat... Például bizonyos típusú katódsugárcsövek (CRT) fémes tóriumot használnak, amely 2000 °C-on fémes volfrámon keresztül van diffundálva.

Ha gázkeverékben egy molekula tömege négyszer nagyobb, mint egy másik molekula, akkor egy ilyen molekula kétszer lassabban mozog, mint egy tiszta gázban. Ennek megfelelően a diffúziós sebessége is kisebb. A könnyű és nehéz molekulák diffúziós sebességének ezt a különbségét használják a különböző molekulatömegű anyagok elkülönítésére. Példa erre az izotóp szétválasztás. Ha egy porózus membránon két izotópot tartalmazó gázt vezetünk át, a könnyebb izotópok gyorsabban hatolnak át a membránon, mint a nehezebbek. A jobb elválasztás érdekében az eljárást több szakaszban hajtják végre. Ezt az eljárást széles körben alkalmazták az uránizotópok szétválasztására (235 U elválasztás a 238 U fő tömegtől). Mivel ez az elválasztási módszer energiaigényes, más, gazdaságosabb elválasztási módszereket fejlesztettek ki. Például a termikus diffúzió alkalmazása gázkörnyezet... Az izotópok keverékét tartalmazó gázt egy kamrába helyezzük, amelyben a térbeli hőmérséklet-különbség (gradiens) megmarad. Ebben az esetben a nehéz izotópok végül a hideg régióban koncentrálódnak.

Fick egyenletei

A termodinamika szempontjából minden szintezési folyamat hajtóereje az entrópia növekedése. Állandó nyomáson és hőmérsékleten ezt a potenciált a kémiai potenciál játssza µ , ami az anyagáramlás fenntartását okozza. Az anyagrészecskék fluxusa arányos a potenciál gradienssel

~

A legtöbb gyakorlati esetben a kémiai potenciál helyett a koncentrációt alkalmazzák C... Közvetlen csere µ a C nagy koncentrációk esetén hibássá válik, mivel a kémiai potenciál a logaritmikus törvény szerint megszűnik a koncentrációhoz kötni. Ha nem veszi figyelembe az ilyen eseteket, akkor a fenti képlet helyettesíthető a következővel:

amely azt mutatja, hogy az anyag fluxussűrűsége J arányos a diffúziós együtthatóval D[()] és koncentráció gradiens. Ez az egyenlet fejezi ki Fick első törvényét. Fick második törvénye összekapcsolja a koncentráció térbeli és időbeli változásait (diffúziós egyenlet):

Diffúziós együttható D hőmérséklettől függ. Bizonyos esetekben széles hőmérsékleti tartományban ez a függés az Arrhenius-egyenlet.

A kémiai potenciál gradienssel párhuzamosan alkalmazott további mező sérti az egyensúlyi állapotot. Ebben az esetben a diffúziós folyamatokat a nemlineáris Fokker-Planck egyenlet írja le. A diffúziós folyamatoknak van nagyon fontos a természetben:

• Állatok és növények táplálkozása, légzése;
• Az oxigén behatolása a vérből az emberi szövetekbe.

A Fick-egyenlet geometriai leírása

A második Fick-egyenletben a bal oldalon a koncentráció időbeli változásának sebessége, az egyenlet jobb oldalán pedig a második parciális derivált található, amely a koncentráció térbeli eloszlását, különösen a hőmérséklet-eloszlás konvexitását fejezi ki. függvény az x tengelyre vetítve.

Lásd még

• A felületi diffúzió a részecskék mozgásával kapcsolatos folyamat, amely a kondenzált test felületén az atomok (molekulák) első felületi rétegén belül vagy ezen a rétegen keresztül megy végbe.

Jegyzetek (szerkesztés)

Irodalom

• Bokstein B.S. Az atomok vándorolnak a kristály körül. - M .: Nauka, 1984 .-- 208 p. - (Könyvtár "Quant". 28. szám). - 150 000 példányban

Linkek

• Diffúzió (oktatóvideó, 7. osztályos program)
• Szennyező atomok diffúziója egy kristály felületén

Wikimédia Alapítvány. 2010.

Szinonimák:

Nézze meg, mi a "diffúzió" más szótárakban:

- [lat. diffúzió terjed, terjesztés] fizikai, kémiai. az egyik anyag (gáz, folyékony, szilárd) molekuláinak behatolása a másikba, amikor közvetlenül érintkeznek vagy porózus válaszfalon keresztül. Idegen szavak szótára. Komlev N.G., ... ... Orosz nyelv idegen szavak szótára

Diffúzió- - egy anyag részecskéinek behatolása egy másik anyag részecskéinek közegébe, amely egy másik anyag koncentrációjának csökkenése irányába történő hőmozgás eredményeként következik be. [Bloom E. E. Az alapvető metallográfiai kifejezések szótára. Jekatyerinburg… Építőanyagok kifejezések, definíciók és magyarázatok enciklopédiája

Modern enciklopédia

- (lat. diffusio terjedő szétterülés, szóródás), a közeg részecskéinek mozgása, ami az anyag átadásához és a koncentrációk kiegyenlítéséhez vezet, vagy adott típusú részecskék koncentrációjának egyensúlyi eloszlásának kialakításához a közegben. Ennek hiányában… … Nagy enciklopédikus szótár

DIFFÚZIÓ, egy anyag mozgása egy keverékben egy nagy koncentrációjú területről egy alacsony koncentrációjú területre, amelyet az egyes atomok vagy molekulák véletlenszerű mozgása okoz. A diffúzió leáll, amikor a koncentrációgradiens eltűnik. Sebesség…… Tudományos és műszaki enciklopédikus szótár

diffúzió- és w. diffúzió f., ger. Diffúziós lat. diffúzió terjed, terjed. Az érintkező anyagok egymásba való kölcsönös behatolása a molekulák és atomok hőmozgása következtében. Gázok, folyadékok diffúziója. ALS 2. || átruházás Ők… … Történelmi szótár az orosz nyelv gallicizmusai

Diffúzió- (a latin diffusio szóból: szétterülés, szétterülés, szóródás), a közeg részecskéinek mozgása, ami az anyag átadásához és a koncentrációk kiegyenlítéséhez vagy egyensúlyi eloszlásának megállapításához vezet. Általában a diffúziót a hőmozgás határozza meg ...... Illusztrált enciklopédikus szótár

A részecskék mozgása a koncentrációjuk csökkenésének irányába, a hőmozgás következtében. A D. a diffundáló anyag koncentrációjának kiegyenlítődéséhez és a térfogat egyenletes feltöltéséhez vezet. Földtani enciklopédia

Városi oktatási intézmény Zaozernaya középiskola egyes tantárgyak elmélyült tanulásával 16. sz

Téma: „Diffúzió az életben és élettelen természet».

Elkészült:

A 8. osztályos tanuló Zyabrev Kirill.

Fizika tanár: G.M. Zavyalova

Biológia tanár: V. F. Zyabreva

Tomszk - 2008

I. Bevezetés. …………………………………………………………… 3

II. Diffúzió az élő és élettelen természetben.

1. A jelenség felfedezésének története. ……………………………………. 4

2. Diffúzió, típusai. …………………………………………… .. 6

3. Mi határozza meg a diffúziós sebességet? ……………………… .. 7

4. Diffúzió az élettelen természetben. ……………………………… nyolc

5. Diffúzió a természetben. …………………………………… 9

6. A diffúzió jelenségeinek felhasználása. ……………………………. tizenhat

7. Egyedi diffúziós jelenségek tervezése. …………… 17

III. Következtetés. …………………………………………………... húsz

IV. Használt könyvek. ……………………………………. ... 21

I. Bevezetés.

Mennyi csodálatos és érdekes dolog történik körülöttünk. Az éjszakai égbolton távoli csillagok ragyognak, az ablakban gyertya ég, virágzó madárcseresznye illatát viszi a szél, öregedő nagymama vigyáz rád... Sokat akarok tanulni, próbálja meg elmagyarázni magamnak. Végül is sokan természetes jelenség diffúziós folyamatokhoz kapcsolódik, amelyekről nemrég az iskolában beszéltünk. De olyan keveset mondtak!

A munka céljai :

1. A diffúzióval kapcsolatos ismeretek bővítése és elmélyítése.

2. Szimulálja az egyes diffúziós folyamatokat.

3. Készítsen további számítógépes anyagokat a fizika és biológia órákon való használatra.

Feladatok:

1. Keresse meg a szükséges anyagot a szakirodalomban, az interneten, tanulmányozza és elemezze.

2. Derítse ki, hogy az élő és az élettelen természetben (fizika és biológia) hol vannak diffúziós jelenségek, milyen értékkel bírnak, hol alkalmazzák őket az ember.

3. Írja le és tervezze meg leginkább érdekes tapasztalatok ezen a jelenségen.

4. Készítsen animációs modelleket egyes diffúziós folyamatokról.

Mód: szakirodalom elemzése és szintézise, ​​tervezés, modellezés.

Munkám három részből áll; a fő rész 7 fejezetből áll. Tanulmányoztam és feldolgoztam az anyagokat 13 irodalmi források, beleértve az oktatási, referencia, tudományos szakirodalmat és internetes oldalakat, valamint a Power Point szerkesztőben készült prezentációt.

II. Diffúzió az élő és élettelen természetben.

II .egy. A diffúzió jelenségének felfedezésének története.

Amikor mikroszkóp alatt megfigyelte a virágpor szuszpenzióját vízben, Robert Brown megfigyelte a részecskék kaotikus mozgását, amely "nem a folyadék mozgásából és nem a párolgásából ered". Az 1 mikron méretű, de csak mikroszkóp alatt kevésbé látható lebegő részecskék rendezetlen független mozgásokat végeztek, összetett cikkcakk pályákat írva le. A Brown-mozgás nem csökken az idő múlásával és nem függ attól kémiai tulajdonságok Szerda; intenzitása a közeg hőmérsékletének növekedésével, viszkozitásának és részecskeméretének csökkenésével nő. A Brown-mozgás okainak kvalitatív magyarázata is csak 50 évvel később volt lehetséges, amikor a Brown-mozgás okát a folyékony molekuláknak a benne szuszpendált részecske felületére gyakorolt ​​hatásával kezdték összefüggésbe hozni.

A Brown-mozgás első kvantitatív elméletét A. Einstein és M. Smoluchowski adták 1905-2006 között. molekuláris kinetikai elméleten alapul. Kimutatták, hogy véletlenszerű séták Brown-részecskék a hőmozgásban való részvételükkel egyenrangú a közeg molekuláival, amelyben lemérik őket. A részecskék átlagosan azonos mozgási energiával rendelkeznek, de nagyobb tömegük miatt kisebb a sebességük. A Brown-mozgás elmélete a részecske véletlenszerű mozgását a molekulákból származó véletlenszerű erők és a súrlódási erők hatására magyarázza. Ezen elmélet szerint a folyadék vagy gáz molekulái állandó hőmozgásban vannak, és a különböző molekulák momentumai nagyságukat és irányukat tekintve nem azonosak. Ha egy ilyen közegbe helyezett részecske felülete kicsi, mint egy Brown-részecske esetében, akkor a részecske által az őt körülvevő molekulákból tapasztalt hatások nem kompenzálódnak pontosan. Ezért a molekulák "bombázása" eredményeként egy Brown-részecske rendezetlen mozgásba kerül, sebességének nagyságát és irányát körülbelül másodpercenként 1014-szer változtatja meg. Ebből az elméletből az következett, hogy egy részecske bizonyos idő alatti elmozdulásának mérésével, sugarának és a folyadék viszkozitásának ismeretében kiszámítható az Avogadro-szám.

A Brown-mozgás elméletének következtetéseit J. Perrin és T. Svedberg 1906-os mérései igazolták. Ezen összefüggések alapján kísérletileg meghatározták a Boltzmann-állandót és az Avogadro-állandót. (Avogadro állandó NA-val jelölve, a molekulák vagy atomok száma 1 mol anyagban, NA = 6.022.1023 mol-1; név A. Avogadro tiszteletére.

Boltzmann állandó fizikai állandó k egyenlő az univerzális gázállandó arányával R Avogadro számára N V: k = R / N A = 1,3807,10-23 J/K. L. Boltzmannról nevezték el.)

A Brown-mozgás megfigyelésekor a részecske helyzete szabályos időközönként rögzül. Minél rövidebbek az időintervallumok, annál megtörtebbnek tűnik a részecskepályája.

A Brown-mozgás mintái egyértelműen megerősítik a molekuláris kinetikai elmélet alapvető rendelkezéseit. Végül megállapították, hogy az anyag termikus mozgási formája a makroszkopikus testeket alkotó atomok vagy molekulák kaotikus mozgásának köszönhető.

A Brown-mozgás elmélete fontos szerepet játszott a statisztikai mechanika megalapozásában, amelyen alapul. kinetikai elmélet vizes oldatok koagulációja (keverése). Ezen kívül van és gyakorlati jelentősége a metrológiában, mivel a Brown-mozgást tekintik a mérőműszerek pontosságát korlátozó fő tényezőnek. Például egy tükör galvanométer leolvasásának pontossági határát a tükör remegése határozza meg, mint egy Brown-részecskét, amelyet levegőmolekulák bombáznak. A Brown-mozgás törvényei meghatározzák az elektronok véletlenszerű mozgását, ami zajt okoz az elektromos áramkörökben. A dielektrikumok dielektromos veszteségeit a dielektrikumot alkotó dipólusmolekulák véletlenszerű mozgásai magyarázzák. Az ionok véletlenszerű mozgása az elektrolit oldatokban növeli az elektromos ellenállásukat.

Brown-részecskék pályái (Perrin-kísérlet séma); a pontok szabályos időközönként jelölik a részecskék helyzetét.

Ily módon DIFFÚZIÓS VAGY BARNA MOZGÁS - azt a folyadékban vagy gázban szuszpendált legkisebb részecskék rendezetlen mozgása, amely környezeti molekulák hatása alatt következik be; nyisd ki

R. Brown 1827-ben

II. 2. Diffúzió, típusai.

Különbséget kell tenni a diffúzió és az öndiffúzió között.

Diffúzióval az egyik anyag molekuláinak spontán behatolása egy másik anyag molekulái közötti térbe... Ebben az esetben a részecskék összekeverednek. A diffúziót gázoknál, folyadékoknál és szilárd anyagoknál figyeljük meg. Például egy csepp tintát elkeverünk egy pohár vízben. Vagy a kölni szaga terjeng az egész szobában.

A diffúzió, akárcsak az öndiffúzió, addig létezik, amíg az anyag sűrűséggradiense van. Ha egy és ugyanannak az anyagnak a sűrűsége nem azonos a térfogat különböző részein, akkor az öndiffúzió jelensége figyelhető meg. Öndiffúzió sűrűségkiegyenlítési folyamatnak nevezzük(vagy azzal arányos koncentráció) ugyanaz az anyag... A diffúzió és az öndiffúzió a molekulák hőmozgása miatt következik be, amely nem egyensúlyi állapotban anyagáramlást hoz létre.

A tömegáram-sűrűség egy anyag tömege ( dm) egységnyi idő alatt egy egységnyi területen keresztül diffundál ( dS pl) merőleges a tengelyre x :

(1.1)

A diffúzió jelensége engedelmeskedik Fick törvényének

(1.2)

ahol a sűrűséggradiens modulusa, amely meghatározza a sűrűség változásának sebességét a tengely irányában x ;

D a diffúziós együttható, amelyet a molekuláris kinetikai elméletből a képlettel számítanak ki

(1.3)

ahol a molekulák termikus mozgásának átlagos sebessége;

A molekulák átlagos szabad útja.

A mínusz azt jelzi, hogy a tömegátadás a sűrűség csökkenésének irányába megy végbe.

Az (1.2) egyenletet diffúziós egyenletnek vagy Fick-törvénynek nevezzük.

II. 3. Diffúziós sebesség.

Amikor egy részecske mozog az anyagban, folyamatosan ütközik a molekuláival. Ez az egyik oka annak, hogy a diffúzió normál körülmények között lassabb, mint a normál mozgás. Mi határozza meg a diffúziós sebességet?

Először is a részecskeütközések közötti átlagos távolságból, azaz. szabad úthossz. Minél nagyobb ez a hosszúság, annál gyorsabban hatol be a részecske az anyagba.

Másodszor, a nyomás befolyásolja a sebességet. Minél sűrűbb a részecskék csomagolása egy anyagban, annál nehezebben hatol be egy idegen részecske egy ilyen csomagolóanyagba.

Harmadszor, az anyag molekulatömege fontos szerepet játszik a diffúzió sebességében. Minél nagyobb a célpont, annál valószínűbb, hogy eltalál, és ütközés után a sebesség mindig lelassul.

Negyedszer pedig a hőmérséklet. A hőmérséklet emelkedésével a részecskék rezgései nőnek, és a molekulák sebessége nő. A diffúzió sebessége azonban ezerszer lassabb, mint a szabad mozgás sebessége.

A diffúzió minden típusa ugyanazoknak a törvényeknek engedelmeskedik, amelyeket a D diffúziós együttható ír le, ami az skalárés Fick első törvénye határozza meg.

Egydimenziós diffúzióval ,

ahol J egy anyag atomjainak vagy hibáinak fluxussűrűsége,
D - diffúziós együttható,
N az atomok vagy hibák koncentrációja egy anyagban.

A diffúzió molekuláris szintű folyamat, amelyet az egyes molekulák mozgásának véletlenszerű természete határozza meg. A diffúziós sebesség tehát arányos az átlagos molekulasebességgel. A gázok esetében a kis molekulák átlagsebessége nagyobb, vagyis fordítottan arányos a molekulatömeg négyzetgyökével, és a hőmérséklet emelkedésével növekszik. A gyakorlatban gyakran alkalmazzák a magas hőmérsékletű szilárd anyagok diffúziós folyamatait. Például bizonyos típusú katódsugárcsövek (CRT) fémes tóriumot használnak, amelyet 2000 ºC-on fém volfrámon keresztül diffundálnak.

Ha gázkeverékben az egyik molekula négyszer nehezebb, mint a másik, akkor egy ilyen molekula kétszer lassabban mozog, mint egy tiszta gázban. Ennek megfelelően a diffúziós sebessége is kisebb. A könnyű és nehéz molekulák diffúziós sebességének ezt a különbségét használják a különböző molekulatömegű anyagok elkülönítésére. Példa erre az izotóp szétválasztás. Ha egy porózus membránon két izotópot tartalmazó gázt vezetünk át, a könnyebb izotópok gyorsabban hatolnak át a membránon, mint a nehezebbek. A jobb elválasztás érdekében az eljárást több szakaszban hajtják végre. Ezt az eljárást széles körben alkalmazták az uránizotópok szétválasztására (235U-os hasadóanyag elválasztása neutronsugárzás hatására a 238U főtömegtől). Mivel ez az elválasztási módszer energiaigényes, más, gazdaságosabb elválasztási módszereket fejlesztettek ki. Például a hődiffúzió gázhalmazállapotú közegben történő alkalmazása széles körben elterjedt. Az izotópok keverékét tartalmazó gázt egy kamrába helyezzük, amelyben a térbeli hőmérséklet-különbség (gradiens) megmarad. Ebben az esetben a nehéz izotópok végül a hideg régióban koncentrálódnak.

Következtetés. A diffúz változásokat a következők befolyásolják:

· egy anyag molekulatömege (minél nagyobb a molekulatömeg, annál kisebb a sebesség);

· a részecskék ütközései közötti átlagos távolság (minél hosszabb az úthossz, annál nagyobb a sebesség);

· nyomás (minél nagyobb a részecsketömítés, annál nehezebb áttörni),

· hőmérséklet (a hőmérséklet emelkedésével a sebesség nő).

II.4. Diffúzió az élettelen természetben.

Tudtad, hogy egész életünk a természet furcsa paradoxonára épül? Mindenki tudja, hogy a levegő, amit belélegzünk, különböző sűrűségű gázokból áll: nitrogén N 2, oxigén O 2, szén-dioxid CO 2 és kis mennyiségű egyéb szennyeződés. És ezeket a gázokat rétegekbe kell rendezni, a gravitációs erő szerint: a legnehezebb, CO 2, - a föld felszínén, felette - O 2, még magasabban - N 2. De ez nem történik meg. Egy homogén gázelegy vesz körül bennünket. Miért nem alszik ki a láng? Hiszen a körülötte lévő oxigén gyorsan kiég? Itt, mint az első esetben, az igazítási mechanizmus működik. A diffúzió megakadályozza a természet egyensúlyának felbomlását!

Miért sós a tenger? Tudjuk, hogy a folyók törnek át a kőzetek, ásványok tömegén, és mossák ki a sókat a tengerbe. Hogyan működik a só és a víz keverése? Ez egyszerű tapasztalattal magyarázható:

TAPASZTALAT LEÍRÁSA:Öntsön réz-szulfát vizes oldatát egy üvegedénybe. Óvatosan öntsön tiszta vizet az oldat tetejére. Megfigyeljük a folyadékok közötti határt.

Kérdés: Mi lesz ezekkel a folyadékokkal idővel, és mit fogunk megfigyelni?

Idővel az érintkező folyadékok közötti határ elkezd elmosódni. Egy folyadékkal ellátott edény elhelyezhető egy szekrényben, és minden nap megfigyelheti, hogyan megy végbe a folyadékok spontán keveredése. Végül az edényben halványkék színű homogén folyadék képződik, amely fényben szinte színtelen.

A réz-szulfát részecskéi nehezebbek, mint a víz, de a diffúzió miatt lassan felfelé emelkednek. Az ok a folyadék szerkezetében van. A folyékony részecskék kompakt csoportokba vannak csomagolva - álmagvakba. Ezeket üregek - lyukak választják el egymástól. A magok nem stabilak, részecskéik nem sokáig vannak egyensúlyban. Amint az energiát átadják a részecskének, a részecske leszakad a magról és üregekbe esik. Onnan simán átugrik egy másik magba stb.

Az idegen anyag molekulái a lyukakból kezdik meg útjukat a folyadékon keresztül. Útközben atommagokkal ütköznek, kiütik belőlük a részecskéket, és átveszik a helyüket. Egyik szabad helyről a másikra haladva lassan összekeverednek folyékony részecskékkel. Azt már tudjuk, hogy a diffúziós sebesség alacsony. Ezért normál körülmények között ez a kísérlet 18 napig tartott, fűtéssel - 2-3 percig.

Következtetés: A Nap lángjában a távol élete és halála izzó csillagok, a belélegzett levegőben, az időjárás változásaiban, szinte minden fizikai jelenségben a mindenható diffúzió megnyilvánulását látjuk!

II.5. Diffúzió a vadon élő állatokban.

A diffúziós folyamatok napjainkban jól tanulmányozottak, fizikai és kémiai törvényszerűségeik megalapozottak, és igen jól alkalmazhatók a molekulák élő szervezetben történő mozgására. Az élő szervezetekben történő diffúzió elválaszthatatlanul kapcsolódik a sejt plazmamembránjához. Ezért ki kell deríteni, hogyan van elrendezve, és szerkezetének sajátosságai hogyan kapcsolódnak az anyagok sejtben történő szállításához.

A plazmamembrán (plazmalemma, sejtmembrán), a növényi és állati sejtek protoplazmáját körülvevő felszíni, perifériás szerkezet nemcsak mechanikai gátként szolgál, hanem ami a legfontosabb, korlátozza a kis- és magas- molekuláris anyagok a sejtbe és onnan ki. Sőt, a plazmalemma olyan szerkezetként működik, amely "felismer" különféle vegyi anyagokat, és szabályozza ezen anyagok szelektív szállítását a sejtbe.

A plazmamembrán külső felületét 3-4 nm vastag, laza rostos anyagréteg – glikokalix – borítja. Összetett szénhidrátok elágazó láncaiból, membrán integrált fehérjékből áll, amelyek között elhelyezkedhetnek a fehérjék sejteredetű vegyületei cukrokkal és fehérjék zsírokkal. Egyes sejtenzimek, amelyek részt vesznek az anyagok extracelluláris hasításában (az extracelluláris emésztésben, például a bélhámban) azonnal megtalálhatók.

Mivel a lipidréteg belső része hidrofób, a legtöbb számára szinte áthatolhatatlan gátat képez poláris molekulák... Ennek a gátnak a jelenléte miatt a sejttartalom kiszivárgása megakadályozható, azonban emiatt a sejt kénytelen volt speciális mechanizmusokat létrehozni a vízben oldódó anyagok membránon keresztüli szállítására.

A plazmamembrán más lipoprotein sejtmembránokhoz hasonlóan féligáteresztő. A maximális áthatoló erővel a víz és a benne oldott gázok rendelkeznek. Az iontranszport egy koncentráció gradiens mentén, azaz passzívan, energiafelhasználás nélkül mehet végbe. Ebben az esetben egyes membrántranszportfehérjék molekuláris komplexeket, csatornákat képeznek, amelyeken keresztül az ionok egyszerű diffúzióval áthaladnak a membránon. Más esetekben speciális membránhordozó fehérjék szelektíven kötődnek egyik vagy másik ionhoz, és azt a membránon keresztül szállítják. Ezt a fajta átvitelt aktív transzportnak nevezik, és fehérjeion-szivattyúkkal hajtják végre. Például 1 ATP molekula elköltésével a K-Na pumparendszer 3 Na-iont pumpál ki a sejtből egy ciklus alatt, és 2 K-iont pumpál a koncentrációgradiens ellenében. Az aktív iontranszporttal kombinálva különféle cukrok, nukleotidok és aminosavak hatolnak át a plazmamembránon. A makromolekulák, például a fehérjék nem jutnak át a membránon. Ezek, csakúgy, mint a nagyobb anyagrészecskék, endocitózison keresztül jutnak be a sejtbe. Az endocitózis során a plazmalemma egy bizonyos területe megfogja, beborítja az extracelluláris anyagot, és bezárja egy membrán vakuólumba. Ez a vakuólum - endoszóma - egyesül a citoplazmában az elsődleges lizoszómával, és a befogott anyag megemésztődik. Az endocitózis formálisan fagocitózisra (nagy részecskék sejt általi felszívódása) és pinocitózisra (oldatok felszívódása) oszlik. A plazmamembrán részt vesz az anyagok sejtből történő exocitózissal történő eltávolításában is – ez az endocitózissal ellentétes folyamat.

Az ionok diffúziója vizes oldatokban különösen fontos az élő szervezetek számára. Nem kevésbé fontos a diffúzió szerepe a növények légzésében, fotoszintézisében és transzspirációjában; a levegő oxigénjének átvitelében a tüdő alveolusainak falain keresztül és az emberek és állatok vérébe jutásában. A molekuláris ionok diffúziója a membránokon keresztül a sejten belüli elektromos potenciál segítségével történik. A membránok szelektív áteresztőképességgel rendelkeznek a vám szerepét az áruk határon áthaladása során: egyes anyagokat átengednek, másokat visszatartanak, másokat általában „kidobnak” a ketrecből. A membránok szerepe a sejtek életében nagyon fontos. A haldokló sejt elveszti az irányítást azon képessége felett, hogy szabályozza az anyagok koncentrációját a membránon keresztül. A sejthalál első jele a permeabilitás kezdeti megváltozása és a külső membrán meghibásodása.

A szokásos transzporton - az anyag részecskéinek átvitelének kinetikai folyamata elektromos vagy kémiai potenciál, hőmérséklet vagy nyomás gradiensének hatására - aktív transzport is zajlik a sejtfolyamatokban - molekulák és ionok mozgása a koncentráció gradiens ellenében. anyagok. Ezt a diffúziós mechanizmust ozmózisnak nevezik. (Az ozmózist először A. Nolle figyelte meg 1748-ban, de ennek a jelenségnek a vizsgálata egy évszázaddal később kezdődött.) Ez a folyamat az eltérő ozmózisnyomás miatt megy végbe vizesoldat a biológiai membrán ellentétes oldalain A víz gyakran ozmózis útján szabadon halad át a membránon, de ez a membrán áthatolhatatlan lehet a vízben oldott anyagok számára. Érdekes, hogy a víz ennek az anyagnak a diffúziója ellen folyik, de engedelmeskedik a koncentrációgradiens általános törvényének (ebben az esetben a víz).

Ezért a víz a hígabb oldatból, ahol nagyobb a koncentrációja, a hígabbra hajlik koncentrált oldat olyan anyagok, amelyekben a víz koncentrációja alacsonyabb. Mivel a sejt nem képes közvetlenül felszívni és kiszivattyúzni a vizet, ezt az ozmózis segítségével teszi, megváltoztatva a benne lévő oldott anyagok koncentrációját. Az ozmózis kiegyenlíti az oldat koncentrációját a membrán mindkét oldalán. A sejthártya feszültségi állapota a sejthártya két oldalán lévő anyagok oldatainak ozmózisnyomásától és a sejtmembrán rugalmasságától függ, amit turgornyomásnak neveznek (turgor - latinul turgere - duzzadni, feltölteni). Általában az állati sejtek membránjainak rugalmassága (egyes koelenterátumok kivételével) kicsi, nem rendelkeznek nagy turgornyomással, és csak izotóniás oldatban tartják meg sértetlenségüket, vagy kissé eltérnek az izotóniás oldatoktól (a belső és a külső nyomás közötti különbség kisebb, mint 0,5-1,0 óra). Az élő növényi sejtekben a belső nyomás mindig nagyobb, mint a külső nyomás, azonban cellulóz sejtfal jelenléte miatt bennük a sejthártya felszakadása nem következik be. A növények belső és külső nyomása közötti különbség (például halofita növényekben - sókedvelő gombákban) eléri az 50-100 ampert. De még így is 60-70% a növénysejt biztonsági ráhagyása. A legtöbb növényben a sejtmembrán turgor miatti relatív megnyúlása nem haladja meg az 5-10%-ot, a turgornyomás 5-10 amper tartományba esik. A turgornak köszönhetően a növényi szövetek rugalmassággal és szerkezeti szilárdsággal rendelkeznek. (A 3. és 4. kísérlet megerősíti ezt). Az autolízis (önpusztítás), a hervadás és az öregedés minden folyamata a turgornyomás csökkenésével jár.

Figyelembe véve az élő természetben való diffúziót, nem szabad megemlíteni az abszorpciót. A felszívódás az a folyamat, amikor a környezetből a sejtmembránokon keresztül különböző anyagok jutnak be a sejtekbe, és azokon keresztül a szervezet belső környezetébe. A növényekben ez a víz felszívódásának folyamata a benne gyökerek és levelek által ozmózissal és diffúzióval oldott anyagokkal; gerincteleneknél - a környezetből vagy az üregfolyadékból. A primitív szervezetekben a felszívódás pino és fagocitózis segítségével történik. Gerinceseknél a felszívódás történhet az üregszervekből - tüdőből, méhből, hólyagból, valamint a bőr felszínéről, a sebfelszínről stb. Az illékony gázokat és gőzöket a bőr felszívja.

A gasztrointesztinális traktusban történő felszívódás, amely főleg a vékonybélben történik, a legnagyobb élettani jelentőséggel bír. A hatékony anyagátvitelhez különösen fontos a nagy bélfelület és a folyamatosan magas véráramlás a nyálkahártyában, aminek köszönhetően a felszívódott vegyületek magas koncentráció-gradiense megmarad. Emberben a mesenterialis véráramlás étkezés közben körülbelül 400 ml / perc, az emésztés magasságában pedig legfeljebb 750 ml / perc, a fő rész (akár 80%) az emésztőrendszer nyálkahártyájában történő véráramlás. szervek. A nyálkahártya felületét növelő szerkezetek jelenléte miatt - körkörös redők, bolyhok, mikrobolyhok, teljes terület az emberi bél szívófelülete eléri a 200 m 2 -t.

A víz- és sóoldatok a bélfal mindkét oldalán diffundálhatnak, mind a vékony-, mind a vastagbélben. Felszívódásuk főként a vékonybél felső részein történik. Nagy jelentősége van a vékonybélben a Na + ionok transzportjának, melynek köszönhetően elsősorban elektromos és ozmotikus gradiensek jönnek létre. A Na + ionok abszorpciója aktív és passzív mechanizmusokon keresztül is megtörténik.

Ha a sejt nem rendelkezne az ozmotikus nyomás szabályozására szolgáló rendszerekkel, akkor a benne lévő oldott anyagok koncentrációja nagyobb lenne, mint a külső koncentrációjuk. Ekkor a víz koncentrációja a sejtben kisebb lenne, mint a külső koncentrációja. Ennek eredményeként a víz állandóan beáramlik a sejtbe és megreped. Szerencsére az állati sejtek és baktériumok szabályozzák az ozmotikus nyomást sejtjeikben azáltal, hogy aktívan pumpálják ki a szervetlen ionokat, például a Na-t. Ezért összkoncentrációjuk a sejten belül alacsonyabb, mint kívül. Például a kétéltűek idejük jelentős részét vízben töltik, és a vérük és a nyirok sótartalma magasabb, mint édes vizek... A kétéltűek szervezetei folyamatosan szívják fel a vizet a bőrön keresztül. Ezért sok vizeletet termelnek. A béka például, ha egy kloákát bekötöznek rá, megduzzad, mint egy labda. Ezzel szemben, ha egy kétéltű belép egy sós tengervíz, nagyon gyorsan kiszárad és elhal. Ezért a tengerek és óceánok a kétéltűek számára leküzdhetetlen akadályt jelentenek. A növényi sejteknek merev falai vannak, amelyek megakadályozzák a duzzanatot. Sok protozoa elkerüli, hogy a vízből kitörjön a sejtbe jutó speciális mechanizmusok segítségével, amelyek rendszeresen kilökik a beérkező vizet.

A sejt tehát egy nyitott termodinamikai rendszer, amely anyagot és energiát cserél a környezettel, de megtartja a belső környezet bizonyos állandóságát. Az önszabályozó rendszernek ez a két tulajdonsága - a nyitottság és az állandóság - egyszerre érvényesül, és az anyagcsere (anyagcsere) felelős a sejt állandóságáért. Az anyagcsere az a szabályozó, amely hozzájárul a rendszer megőrzéséhez, célszerű választ ad a környezeti hatásokra. Ezért az anyagcsere szükséges feltétele az élő rendszer ingerlékenysége minden szinten, amely egyúttal a rendszer rendszerszerűségének és integritásának tényezőjeként hat.

A membránok megváltoztathatják áteresztőképességüket kémiai és fizikai tényezők hatására, beleértve a membrán depolarizációját is, amikor az elektromos impulzus áthalad a neuronok rendszerén és ki van téve annak.

A neuron egy darab idegrost. Ha az egyik végén irritáló hatás lép fel, akkor elektromos impulzus keletkezik. Értéke körülbelül 0,01 V az emberi izomsejtek esetében, és körülbelül 4 m/s sebességgel terjed. Amikor az impulzus eléri a szinapszist - a neuronok kapcsolatát, amely egyfajta közvetítőnek tekinthető, amely jelet továbbít egyik neuronról a másikra, az elektromos impulzus kémiaivá alakul át neurotranszmitterek - specifikus közvetítő anyagok - felszabadításával. Amikor egy ilyen mediátor molekulái a neuronok közötti résbe esnek, a neurotranszmitter diffúzió útján eléri a rés végét, és gerjeszti a következő neuront.

Egy neuron azonban csak akkor reagál, ha a felületén speciális molekulák – receptorok – vannak, amelyek csak egy adott neurotranszmitterhez tudnak kötődni, másikhoz nem. Ez nem csak a membránon történik, hanem bármely szervben, például egy izomban is, ami összehúzódást okoz. A szinapszisokon keresztül érkező jelek-impulzusok gátolhatják vagy fokozhatják mások átvitelét, ezért a neuronok logikai funkciókat látnak el ("és", "vagy"), amelyek bizonyos mértékig alapjául szolgáltak N. Wiener számára, hogy elhiggye, hogy a számítási folyamatok az élő szervezet agyában és a számítógépben alapvetően ugyanazon séma szerint haladnak. Ekkor az információs megközelítés lehetővé teszi az élettelen és élő természet egységes leírását.

A jel membránra gyakorolt ​​hatásának folyamata abból áll, hogy megváltoztatja a jelet elektromos ellenállás, mivel a potenciálkülönbség ezen belül is 0,01 V nagyságrendű. Az ellenállás csökkenése az elektromos áram impulzusának növekedéséhez vezet, és a gerjesztés továbbadódik ingerület miközben megváltoztatja bizonyos ionok membránon való áthaladási képességét. Így az információ a szervezetben kombináltan, kémiai és fizikai mechanizmusok segítségével továbbítható, és ez biztosítja az élő rendszerben való átvitelének és feldolgozásának megbízhatóságát és csatornáinak változatosságát.

A folyamatokkal sejtlégzés Amikor egy sejt mitokondriumában ATP-molekulák képződnek, biztosítva azt a szükséges energiával, az élő szervezet normál légzésének folyamatai is szorosan összefüggenek, amihez a fotoszintézis eredményeként nyert oxigén O2 szükséges. E folyamatok mechanizmusai is a diffúzió törvényein alapulnak. Lényegében ezek azok az anyag- és energiakomponensek, amelyekre egy élő szervezetnek szüksége van. A fotoszintézis a napenergia tárolásának folyamata a szintetizált anyagok molekuláiban új kötések kialakítása révén. A fotoszintézis kiindulási anyaga a víz H 2 O és a szén-dioxid CO 2. Ezek közül az egyszerű szervetlen vegyületek komplexebb energiadús tápanyagok képződnek. A molekuláris oxigén O 2 melléktermékként képződik, de nagyon fontos számunkra. Példa erre egy olyan reakció, amely a fénykvantumok abszorpciója és a kloroplasztiszokban található klorofill pigment jelenléte miatt következik be.

Az eredmény egy cukormolekula C 6 H 12 O 6 és hat oxigénmolekula O 2. A folyamat szakaszosan megy végbe, először a fotolízis szakaszában a víz felosztásával hidrogén és oxigén képződik, majd a hidrogén a szén-dioxiddal egyesülve szénhidrátot - C 6 H 12 O 6 cukrot képez. A fotoszintézis lényegében a nap sugárzó energiájának energiává alakítása kémiai kötések feltörekvő szerves anyag. Így a fotoszintézis, amely a fényben oxigént termel, az a biológiai folyamat, amely az élő szervezeteket szabad energiával látja el. A normál légzés folyamata, mint az oxigénfogyasztással összefüggő anyagcsere-folyamat a szervezetben, a fotoszintézis folyamatának fordítottja. Mindkét folyamat a következő láncon haladhat végig:

Napenergia(fotoszintézis)

tápanyagok + (légzés)

A kémiai kötések energiája.

A légzés végtermékei a fotoszintézis kiindulási anyagai. Így a fotoszintézis és a légzés folyamatai részt vesznek a földi anyagok keringésében. A napsugárzás egy részét a növények és egyes organizmusok nyeli el, amelyek, mint már tudjuk, autotrófok, i.e. önerő (étel nekik - napfény). A fotoszintézis folyamatának eredményeként az autotrófok kötődnek szén-dioxid légkör és víz, akár 150 milliárd tonna szerves anyagot képezve, akár 300 milliárd tonna CO2-t asszimilálva, és évente mintegy 200 milliárd tonna szabad oxigén O 2 -t bocsát ki.

Megkapta szerves anyag az emberek és a növényevők táplálékként használják, amelyek viszont más heterotrófokkal táplálkoznak. A növényi és állati maradványokat ezután egyszerű anyagokra bontják szervetlen anyagok, amely CO 2 és H 2 O formájában ismét részt vehet a fotoszintézisben. A keletkező energia egy részét, beleértve a fosszilis energiahordozó formájában tárolt energiát is, az élő szervezetek elfogyasztják, egy részét haszontalanul szétszórják környezet... Ezért a fotoszintézis folyamata, mivel képes biztosítani számukra a szükséges energiát és oxigént, katalizátora az élőlények fejlődésének a Föld bioszférája fejlődésének egy bizonyos szakaszában.

A diffúziós folyamatok alapozzák meg az anyagcserét a sejtben, ami azt jelenti, hogy segítségükkel ezek a folyamatok a szervek szintjén mennek végbe. Így mennek végbe a felszívódási folyamatok a növények gyökérszőrében, az állatok és az emberek beleiben; gázcsere a növények sztómájában, az emberek és állatok tüdejében és szöveteiben, kiválasztási folyamatok.

A biológusok több mint 150 éve foglalkoznak sejtek felépítésével és tanulmányozásával, kezdve Schleidennel, Schwannnal, Purime-val és Virchow-val, akik 1855-ben osztódásukkal létrehozták a sejtnövekedés mechanizmusát. Megállapítást nyert, hogy minden szervezet egy sejtből fejlődik ki, amely osztódni kezd, és ennek eredményeként sok sejt keletkezik, amelyek jelentősen különböznek egymástól. De mivel a szervezet kezdeti fejlődése az első sejt osztódásától indult, így a szervezetünk egyik szakaszában életciklus megőrizzük a hasonlóságot egy nagyon távoli egysejtű ősünkkel, és viccesen mondhatjuk, hogy inkább egy amőbától származunk, mint egy majomtól.

A szervek sejtekből képződnek, és a sejtrendszer olyan tulajdonságokra tesz szert, amelyek az alkotóelemeiben nincsenek meg, pl. egyes sejteket. Ezek a különbségek egy adott sejt által szintetizált fehérjék halmazából adódnak. Működésüktől függően vannak izomsejtek, idegsejtek, vér (eritrociták), hámsejtek és mások. A sejtdifferenciálódás fokozatosan megy végbe a szervezet fejlődése során. A sejtosztódás folyamatában, életükben és halálukban a szervezet teljes élete során folyamatos a sejtek cseréje.

Testünkben egyetlen molekula sem marad változatlan néhány hétnél vagy hónapnál tovább. Ezalatt a molekulák szintetizálódnak, betöltik szerepüket a sejt életében, elpusztulnak, és más, többé-kevésbé azonos molekulákkal helyettesítik őket. A legcsodálatosabb az, hogy az élő szervezetek összességében sokkal állandóbbak, mint az alkotó molekuláik, és a sejtek szerkezete és az ezekből álló test egésze változatlan marad ebben a non-stop ciklusban, az egyes komponensek cseréje ellenére.

Ráadásul itt nem az autó egyes alkatrészeinek cseréjéről van szó, hanem – ahogy S. Rose képletesen összehasonlítja – egy karosszériát téglaépülettel, „amelyből egy őrült kőműves éjjel-nappal folyamatosan eltávolítja egyik téglát a másik után, és újat rak be. egyet a helyükön. Ugyanakkor az épület külseje változatlan marad, az anyagot folyamatosan cserélik." Egyes neuronokkal és sejtekkel születünk, másokkal együtt meghalunk. Példa erre a gyermek és egy idős ember tudata, megértése, észlelése. Minden sejt teljes genetikai információval rendelkezik egy adott szervezet összes fehérjéjének felépítéséhez. Tárolás és szállítás örökletes információk sejtmag segítségével végezzük.

Következtetés: A plazmamembrán permeabilitásának szerepét a sejt életében nem lehet eltúlozni. A sejt energiaellátásával, termékek előállításával és a bomlástermékektől való megszabadulással kapcsolatos folyamatok többsége a diffúzió törvényein alapul ezen a félig áteresztő élő gáton keresztül.

Ozmózis- Valójában a víz egyszerű diffúziója magasabb koncentrációjú helyekről alacsonyabb vízkoncentrációjú helyekre.

Passzív szállítás - Ez az anyagok átvitele a nagy elektrokémiai potenciál értékű helyekről az alacsonyabb értékű helyekre. A kis vízoldható molekulák átvitele speciális transzportfehérjék segítségével történik. Ezek speciális transzmembrán fehérjék, amelyek mindegyike specifikus molekulák vagy rokon molekulacsoportok szállításáért felelős.

Gyakran szükséges biztosítani a molekulák átvitelét a membránon az elektrokémiai gradiensük ellenében. Ezt a folyamatot ún aktiv szállitásés hordozófehérjék végzik, amelyek működéséhez energiára van szükség. Ha egy hordozó fehérjét társítunk egy energiaforrással, akkor olyan mechanizmust kaphatunk, amely biztosítja az anyagok aktív szállítását a membránon keresztül.

II.6. A diffúzió alkalmazása.

Az ember ősidők óta használja a diffúzió jelenségét. A főzés és az otthon fűtése kapcsolódik ehhez a folyamathoz. Fémek hőkezelésénél (hegesztés, keményforrasztás, vágás, bevonat stb.) találkozunk diffúzióval; fémtermékek felületére vékony fémréteg felhordása az alkatrészek és eszközök vegyszerállóságának, szilárdságának, keménységének növelésére, illetve védelmi és dekorációs célokra (horganyzás, krómozás, nikkelezés).

Az otthon főzéshez használt természetes éghető gáz színtelen és szagtalan. Ezért nehéz lenne azonnal észrevenni a gázszivárgást. A diffúzió miatti szivárgáskor pedig a gáz szétterjed a helyiségben. Mindeközben egy zárt helyiségben meghatározott gáz/levegő arány mellett olyan keverék keletkezik, amely például egy meggyújtott gyufától felrobbanhat. A gáz mérgezést is okozhat.

Annak érdekében, hogy a gáz beáramlása a helyiségbe észrevehető legyen, az elosztóállomásokon az éghető gázt speciális anyagokkal előzetesen összekeverik, amelyek szúrós kellemetlen szagúak, amelyet az ember még nagyon alacsony koncentrációban is könnyen érez. Ez az óvintézkedés lehetővé teszi, hogy gyorsan észrevegye a gáz felhalmozódását a helyiségben, ha szivárgás keletkezik.

A modern iparban vákuumformázást alkalmaznak, amely a hőre lágyuló lemezekből készült termékek gyártásának módszere. A kívánt konfiguráció szorzata a vákuumból adódó nyomáskülönbségnek köszönhető az öntőforma üregében, amely fölött a lemez rögzítve van. Használják például konténerek, hűtőalkatrészek, műszertokok gyártásánál. A diffúzió miatt ilyen módon olyan hegeszthető, ami önmagában nem hegeszthető (fém üveggel, üveggel és kerámiával, fémek és kerámiák stb.).

A különféle uránizotópok porózus membránokon keresztül történő diffúziója miatt az atomreaktorok üzemanyagát kezelték. A nukleáris üzemanyagot néha nukleáris üzemanyagnak is nevezik.

Az anyagok felszívódása (reszorpciója) a bőr alatti szövetbe, izomzatba kerülve vagy a szem, az orr, a hallójárat bőrének nyálkahártyájára kerülve elsősorban diffúzió miatt következik be. Számos gyógyhatású anyag felhasználása ezen alapszik, és az izmokban gyorsabb a felszívódás, mint a bőrben.

A népi bölcsesség azt mondja: "Kaszáld a kaszát, amíg harmat van." Mondd, mi köze ehhez a diffúziónak és a reggeli kaszálásnak? A magyarázat nagyon egyszerű. A hajnali harmat idején a fűben megnövekedett a turgornyomás, a sztómák nyitottak, a szárak rugalmasak, ami megkönnyíti a nyírást (a fű, amelyet a sztómával nyírnak, rosszabbul szárad).

A kertészetben a diffúzió miatti metszeteken a növények bimbózása és oltása során kallusz képződik (a latin Callus - kukorica szóból) - sebszövet a sérülés helyén beáramlás formájában, és elősegíti azok gyógyulását, biztosítja a szövetek összeolvadását. sarja az állománysal.

A kallusz izolált szövetek tenyészetének előállítására szolgál (explantáció). Ez az emberi testből, állatokból és növényekből izolált sejtek, szövetek, kis szervek vagy azok részei hosszú távú tartósításának és tenyésztésének módszere. A mikroorganizmus-kultúra termesztésének módszerein alapul, amely biztosítja az aszepszis, a táplálkozás, a gázcsere és a termesztett tárgyak anyagcseretermékeinek eltávolítását. A szövettenyésztési módszer egyik előnye a sejtek létfontosságú tevékenységének mikroszkóppal történő megfigyelése. Ehhez a növényi szöveteket auxinokat és citokinint tartalmazó táptalajokon növesztjük. A kallusz általában gyengén differenciált, homogén nevelési szövet sejtekből áll, de a növekedési körülmények megváltozásával elsősorban a tápközeg fitohormon-tartalma, floém, xilem és egyéb szövetek képződhetnek benne, valamint a különböző szervek fejlődése és a egész növény.

II.7. Egyedi kísérletek tervezése.

Tudományos irodalom felhasználásával igyekeztem megismételni a számomra legérdekesebb tapasztalatokat. A diffúziós mechanizmust és e kísérletek eredményeit az előadásban animációs modellek formájában ábrázoltam.

TAPASZTALAT 1. Vegyünk két kémcsövet: az egyik felét vízzel, a másik felét homokkal. Öntsön vizet egy homokkal ellátott kémcsőbe. A kémcsőben lévő víz és homok keverékének térfogata kisebb, mint a víz és homok térfogatának összege.

TAPASZTALAT 2. Egy hosszú üvegcsövet félig töltsünk meg vízzel, majd öntsünk színezett alkoholt a tetejére. Általános szint hogy gumigyűrűvel jelölje meg a csőben lévő folyadékokat. A víz és az alkohol összekeverése után a keverék térfogata csökken.

(Az 1. és 2. kísérlet azt bizonyítja, hogy az anyag részecskéi között hézagok vannak; a diffúzió során egy anyag – idegen anyag – részecskéivel töltődnek meg.)

TAPASZTALAT 3. Az ammóniával megnedvesített vattapamacsot érintkezésbe hozzuk egy fenolftalein indikátorral megnedvesített vattakoronggal. A gyapjúk színezését bíbor színűre figyeljük.

Most egy ammóniával megnedvesített vattacsomót helyezünk egy üvegedény aljára, és megnedvesítjük fenolftaleinnel. Rögzítse a fedélhez, és fedje le az üvegedényt ezzel a fedéllel. Egy idő után a fenolftaleinnel megnedvesített vatta foltosodni kezd.

Az ammóniával való kölcsönhatás következtében a fenolftalein bíbor színűvé válik, amit a gyapjú érintkezésekor figyeltünk meg. De miért, akkor a második esetben fenolftaleinnel megnedvesített vatta. Színes is, mert most nem érintkeztek a gyapjúk? Válasz: az anyagok részecskéinek folyamatos kaotikus mozgása.

TAPASZTALAT 4. Egy magas, hengeres edényben a fal mentén eresszen le egy keskeny szűrőpapírcsíkot, amelyet keményítőpaszta és fenolftalein indikátor oldat keverékébe mártottak. Helyezzen jódkristályokat az edény aljára. Szorosan zárja le az edényt egy fedéllel, amelyre ammóniaoldattal átitatott vatta van felfüggesztve.

A jód és a keményítő kölcsönhatása következtében kékes-lila elszíneződés emelkedik fel egy papírcsíkon. Ugyanakkor a bíbor szín szétterül - az ammónia molekulák mozgásának bizonyítéka. Néhány perc múlva a papír színes területeinek határai találkoznak, majd a kék és a bíbor szín összekeveredik, azaz diffúzió következik be [10]

TAPASZTALAT 5.(együtt eltöltve) Vegyünk egy órát egy másodpercmutatóval, egy mérőszalagot, egy üveg eau de toilettet, és álljunk a szoba különböző sarkaiba. Az ember megméri az időt, és kinyitja az üveget. Egy másik azt az időt jelzi, amikor megérzi az eau de toilette illatát. A kísérletezők közötti távolság mérésével megkapjuk a diffúziós sebességet. A pontosság érdekében a kísérletet 3-4 alkalommal megismételjük, és megtaláljuk a sebesség átlagértékét. Ha a kísérletezők közötti távolság 5 méter, akkor a szag 12 perc múlva érezhető. Vagyis a diffúziós sebesség ebben az esetben 2,4 m / perc.

TAPASZTALAT 6. A PLAZMA VISZKOZITÁSÁNAK MEGHATÁROZÁSA PLAZMOLYSIS MÓDSZERREL (P.A. Genkel szerint).

Támadó sebesség konvex plazmolízis növényi sejtekben, ha hipertán oldattal kezelik, a citoplazma viszkozitásától függ; minél kisebb a citoplazma viszkozitása, annál hamarabb válik domborúvá a homorú plazmolízis. A citoplazma viszkozitása függ a kolloid részecskék diszperziós fokától és hidratáltságuktól, a sejt víztartalmától, a sejtek életkorától és egyéb tényezőktől.

Előrehalad. Az aloe levélből vékony felhámmetszet készítenek, vagy a hagyma puha pikkelyeiről letépik a hámréteget. Az elkészített metszeteket óraüvegben 10 percig színezzük 1:5000 semleges vörös koncentrációjú oldatban. Ezután a tárgy szeleteit egy csepp alacsony koncentrációjú szacharózba helyezett tárgylemezre helyezzük, és egy fedőlemezzel lefedjük. Mikroszkóp alatt megfigyeljük a plazmolízis állapotát. Először is homorú plazmolízist észlelnek a sejtekben. A jövőben ez a forma vagy megmarad, vagy változó sebességgel domború formává alakul. Fontos megjegyezni a konkáv plazmolízis konvex átalakulási idejét. Az az időintervallum, amely alatt a konkáv plazmolízis domborúvá válik, a protoplazma viszkozitásának mértékét jelzi. Minél hosszabb ideig tart a konvex plazmolízisre való átmenet, annál nagyobb a plazma viszkozitása. A hagymasejtekben a plazmolízis gyorsabban megindul, mint az aloé bőrében. Ez azt jelenti, hogy az aloe sejtek citoplazmája viszkózusabb.

TAPASZTALAT 7. PLAZMOLYSIS. DEPLASMOLYSIS. AZ ANYAGOK BETÖLTÉSE A VAKUOLBA [2]

Egyes szerves anyagok meglehetősen gyorsan behatolnak a vakuólumba. A sejtekben, amikor ilyen anyagok oldatában tartják őket, a plazmolízis viszonylag gyorsan elvész, és deplazmolízis megy végbe.

A deplazmolízis a turgor helyreállítása a sejtekben(azaz a plazmolízissel ellentétes jelenség).

Előrehalad. A színes hagymapikkely felső epidermisz metszeteit (homorú oldal) egy csepp karbamid vagy glicerin növények számára készült műtrágya IM oldatába helyezzük közvetlenül egy tárgylemezre, fedőlemezzel letakarva. 15-30 perc elteltével a tárgyakat mikroszkóp alatt megvizsgálják. A plazmolizált sejtek jól láthatóak. Hagyja a metszeteket egy csepp oldatban további 30-40 percig. Ezután ismét mikroszkóp alatt megvizsgálják őket, és megfigyelik a deplazmolízist - a turgor helyreállítását.

Következtetés : a növények nem tudják egyértelműen szabályozni a sejtekbe belépő és onnan kilépő vegyszerek mennyiségét.

III. Következtetés.

Az elemek fizikai és kémiai mozgásának folyamatai a Föld belsejében és az Univerzumban, valamint az élő szervezetek sejtjeinek és szöveteinek létfontosságú tevékenységei a diffúzió törvényeinek engedelmeskednek. A diffúzió fontos szerepet játszik különböző területeken tudomány és technológia, az élő és élettelen természetben végbemenő folyamatokban. A diffúzió sokak áramlását befolyásolja kémiai reakciók, valamint számos fizikai-kémiai folyamat és jelenség: membrán, párolgás, kondenzáció, kristályosodás, oldódás, duzzadás, égés, katalitikus, kromatográfiás, lumineszcens, elektromos és optikai félvezetőkben, neutronmérséklés atomreaktorokban stb. A diffúzió nagy jelentőséggel bír a fázishatárokon lévő elektromos kettős réteg kialakításában, diffúziós és elektroforézisben, a gyors képalkotást szolgáló fényképészeti eljárásokban stb. A diffúzió számos általános technikai művelet alapjául szolgál: porok szinterezése, kémiai-termikus fémek kezelése, fémezés és anyagok hegesztése, bőr és szőrme cserzése, szálfestés, gázmozgatás diffúziós szivattyúkkal. A diffúzió szerepe jelentősen megnőtt, mivel előre meghatározott tulajdonságokkal rendelkező anyagokat kell létrehozni a technológiai területek fejlesztéséhez ( atomenergia, űrhajózás, sugárzási és plazmakémiai folyamatok stb.). A diffúziót szabályozó törvények ismerete lehetővé teszi a termékek nem kívánt változásainak megelőzését, amelyek nagy terhelés és hőmérséklet, sugárzás és még sok más hatása alatt következnek be...

Milyen lenne a világ diffúzió nélkül? Állítsa le a részecskék hőmozgását - és körülötte minden halott lesz!

Munkám során az absztrakt témájában összegyűjtött anyagot összegeztem, és annak védelmére Power Point szerkesztőben készült prezentációt készítettem. Ez az előadás véleményem szerint képes lesz változatosabbá tenni a tananyagot ebben a témában. A szakirodalomban leírt kísérletek egy részét megismételtem és némileg módosítottam. A legtöbb érdekes példák a diffúziókat prezentációs diákon mutatják be animációs modellekben.

IV. Használt könyvek:

1. Antonov VF, Chernysh AM, Pasechnik VI, et al., Biophysics.

M., Arktos-Vika-press, 1996

2. Afanasyev Yu.I., Yurina N.A., Kotovsky E.F. és egyéb szövettan.

M. Medicine, 1999.

3. Alberts B., Bray D., Lewis J. és munkatársai: A sejt molekuláris biológiája.

3 kötetben. 1. kötet, Mir, 1994.

4. Nagy enciklopédia Cirill és Metód 2006

5. Varikash V.М. és egyéb fizika a természetben. Minszk, 1984.

6. Demyankov E.N. Biológiai feladatok. M. Vlados, 2004.

7. Nikolaev N.I. Diffúzió a membránokban. M. Chemistry, 1980, 76. o

8. Peryshkin A.V. Fizika. 7.M. Túzok, 2004.

9. Fizikai enciklopédikus szótár, M., 1983, p. 174-175, 652, 754

10. Shablovsky V. Szórakoztató fizika... Szentpétervár, "trigon" 1997, 416. o

11.xttp // bio. fizten / ru. /

12.xttp // markiv. narod.ru./

13. "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%84%D1%84%D1%83%D0%B7%D0%B8%D1%8F" Kategóriák: Atomszintű jelenségek | Termodinamikai jelenségek | Transzfer jelenségek | Diffúzió