Bilime başlayın. Gazlarda, sıvılarda ve katılarda difüzyon

Difüzyonun neye bağlı olduğunu anlamak için onu etkileyen faktörleri ele alalım.

Difüzyon sıcaklığa bağlıdır. Sıcaklık arttıkça difüzyon hızı da artacaktır çünkü sıcaklık arttıkça moleküllerin hareket hızı artacak yani moleküller daha hızlı karışacaktır. (Hepiniz şekerin soğuk suda çözünmesinin çok uzun sürdüğünü biliyorsunuz)

Ve eklerken dış etki(bir kişi şekeri suya karıştırır) difüzyon daha hızlı ilerleyecektir. Maddenin durumu aynı zamanda difüzyonun neye bağlı olduğunu, yani difüzyon hızını da etkileyecektir. Termal difüzyon moleküllerin türüne bağlıdır. Örneğin, bir nesne metal ise, nesnenin sentetik bir malzemeden yapılmış olmasından farklı olarak termal difüzyon daha hızlı gerçekleşir. Katı maddeler arasındaki difüzyon çok yavaş gerçekleşir.

Dolayısıyla difüzyon hızı şunlara bağlıdır: sıcaklık, konsantrasyon, dış etkiler, maddenin toplanma durumu

Difüzyon doğada ve insan yaşamında büyük önem taşımaktadır.

Difüzyon örnekleri

Difüzyonun ne olduğunu daha iyi anlamak için örneklerle inceleyelim. Birlikte gazlardaki difüzyon sürecine örnekler verelim. Bu fenomenin tezahürünün çeşitleri aşağıdaki gibi olabilir:

Çiçek kokusunu yaymak;

Antoshka'nın çok sevdiği ızgara tavuk kokusu etrafa yayılıyor;

Soğan doğrarken gözyaşları;

Havada hissedilebilen bir parfüm izi.

Havadaki parçacıklar arasındaki boşluklar oldukça büyüktür, parçacıklar düzensiz hareket eder, dolayısıyla gaz halindeki maddelerin difüzyonu oldukça hızlı gerçekleşir.

Katıların difüzyonunun basit ve erişilebilir bir örneği, iki parça çok renkli hamuru alıp bunları ellerinizde yoğurarak renklerin nasıl karıştığını gözlemlemektir. Ve buna göre, dış etki olmadan, iki parçayı birbirine doğru bastırırsanız, iki rengin en azından biraz karışması, tabiri caizse, birinin diğerine nüfuz etmesi aylar, hatta yıllar alacaktır.

Sıvılarda difüzyonun belirtileri aşağıdaki gibi olabilir:

Bir damla mürekkebin suda çözülmesi;

- Islak kumaşların rengi “çarşaflar solmuş”;

Sebzeleri turşulamak ve reçel yapmak

Bu yüzden, difüzyon, bir maddenin moleküllerinin rastgele termal hareketleri sırasında karıştırılmasıdır..

Eserin metni görseller ve formüller olmadan yayınlanmaktadır.
Tam versiyonÇalışmaya PDF formatında "Çalışma Dosyaları" sekmesinden ulaşılabilir

Difüzyon doğada, insan yaşamında ve teknolojide büyük bir rol oynar. Difüzyon süreçleri hem olumlu hem de olumlu olabilir. Kötü etkisiİnsanların ve hayvanların yaşam aktiviteleri üzerine. Olumlu etkinin bir örneği, Dünya yüzeyine yakın atmosferik havanın tekdüze bir bileşimini korumaktır. Difüzyon önemli bir rol oynar Çeşitli bölgeler bilim ve teknoloji, yaşamda meydana gelen süreçlerde ve cansız doğa. Kimyasal reaksiyonların seyrini etkiler.

Difüzyonun katılımıyla veya bu süreç bozulduğunda ve değiştiğinde, insanın teknik ilerlemesinin ürünleriyle çevrenin yoğun şekilde kirlenmesi gibi doğada ve insan yaşamında olumsuz olaylar meydana gelebilir.

Uygunluk: Difüzyon, cisimlerin rastgele hareket eden moleküllerden oluştuğunu kanıtlar; difüzyon var büyük önem insan yaşamında, hayvanlarda ve bitkilerde olduğu kadar teknolojide de.

Hedef:

difüzyonun sıcaklığa bağlı olduğunu kanıtlayın;

ev deneylerinde yayılma örneklerini düşünün;

Difüzyonun farklı maddelerde farklı şekilde meydana geldiğinden emin olun.

Maddelerin termal difüzyonunu düşünün.

Araştırma hedefleri:

“Difüzyon” konusuyla ilgili bilimsel literatürü inceleyin.

Difüzyon hızının madde türüne ve sıcaklığa bağımlılığını kanıtlayın.

Difüzyon olgusunun çevre ve insanlar üzerindeki etkisini inceleyin.

En çok tanımlayın ve tasarlayın ilginç deneyler difüzyon yoluyla.

Araştırma Yöntemleri:

Literatür ve İnternet materyallerinin analizi.

Difüzyonun madde türüne ve sıcaklığa bağımlılığını incelemek için deneyler yapmak.

Sonuçların analizi.

Çalışma konusu: difüzyon olgusu, difüzyon seyrinin çeşitli faktörlere bağımlılığı, difüzyonun doğada, teknolojide ve günlük yaşamda tezahürü.

Hipotez: Difüzyon insan ve doğa için büyük önem taşımaktadır.

1.Teorik kısım

1.1.Difüzyon nedir?

Difüzyon, moleküllerin kaotik (düzensiz) hareketinin bir sonucu olarak ortaya çıkan, temas eden maddelerin kendiliğinden karışmasıdır.

Başka bir tanım: difüzyon ( enlem. yayılma- yayılma, yayılma, dağılma) - madde veya enerjinin yüksek konsantrasyonlu bir alandan düşük konsantrasyonlu bir alana aktarılması işlemi.

En çok ünlü örnek difüzyon, gazların veya sıvıların karıştırılmasıdır (eğer mürekkep suya damlatılırsa, sıvı bir süre sonra eşit şekilde renklenecektir).

Difüzyon sıvılarda, katılarda ve gazlarda meydana gelir. Difüzyon en hızlı gazlarda, daha yavaş sıvılarda ve hatta daha yavaş katılarda meydana gelir; bu da parçacıkların bu ortamlardaki termal hareketinin doğasından kaynaklanmaktadır. Her gaz parçacığının yörüngesi kesikli bir çizgidir çünkü Çarpışma sırasında parçacıklar hareketlerinin yönünü ve hızını değiştirir. Yüzyıllar boyunca işçiler, bu işlem sırasında meydana gelen difüzyon süreçleri hakkında en ufak bir fikirleri olmadan, katı demiri karbon atmosferinde ısıtarak metalleri kaynakladı ve çelik üretti. Sadece 1896'da sorunu incelemeye başladı.

Moleküllerin difüzyonu çok yavaştır. Örneğin bir bardak suyun dibine bir parça şeker konur ve su karıştırılmazsa çözeltinin homojen hale gelmesi birkaç hafta alacaktır.

1.2. Doğada difüzyonun rolü

Difüzyon yardımıyla çeşitli gaz halindeki maddeler havaya yayılır: örneğin bir yangının dumanı uzun mesafelere yayılır. Eğer bakarsanız bacalar fabrikalar ve araba egzoz boruları, çoğu durumda boruların yakınında duman görülebilir. Sonra bir yerlerde kayboluyor. Duman difüzyon nedeniyle havada çözünür. Duman yoğunsa, dumanı oldukça uzağa uzanır.

Difüzyonun sonucu havalandırma sırasında odadaki sıcaklığın eşitlenmesi olabilir. Aynı şekilde zararlı ürünlerle de hava kirliliği meydana gelir. endüstriyel üretim ve araç egzoz gazları. Evde kullandığımız doğal yanıcı gaz renksiz ve kokusuzdur. Sızıntı varsa fark edilmesi mümkün olmadığından dağıtım istasyonlarında gaz keskin, keskin uçlu özel bir maddeyle karıştırılır. hoş olmayan kokuçok düşük bir konsantrasyonda bile kişi tarafından kolayca hissedilir. Bu önlem, bir sızıntı olması durumunda odadaki gaz birikimini hızlı bir şekilde fark etmenizi sağlar (Şekil 1).

Difüzyon olgusu sayesinde atmosferin alt tabakası - troposfer - bir gaz karışımından oluşur: nitrojen, oksijen, karbon dioksit ve su buharı. Difüzyonun yokluğunda, yerçekiminin etkisi altında ayrılma meydana gelecektir: altta ağır bir karbon dioksit tabakası, üstünde oksijen, üstünde nitrojen, atıl gazlar olacaktır (Şekil 2).

Bu olayı gökyüzünde de gözlemliyoruz. Dağılan bulutlar da yayılmaya bir örnektir ve F. Tyutchev'in bu konuda doğru bir şekilde söylediği gibi: “Bulutlar gökyüzünde eriyor…” (Şekil 3)

Difüzyon prensibi, nehirlerin denizlere akması sırasında tatlı suyun tuzlu su ile karışması esasına dayanır. Çeşitli tuz çözeltilerinin toprakta yayılması normal bitki beslenmesine katkıda bulunur.

Difüzyon, bitki ve hayvanların yaşamında önemli bir rol oynar. Karıncalar yollarını kokulu sıvı damlacıklarıyla işaretler ve eve dönüş yolunu bulurlar (Şekil 4)

Difüzyon sayesinde böcekler yiyeceklerini bulur. Bitkiler arasında uçuşan kelebekler her zaman yollarını bulurlar. güzel çiçek. Tatlı bir nesne keşfeden arılar, sürüleriyle ona saldırır. Ve difüzyon sayesinde bitki onlar için de büyüyüp çiçek açıyor. Sonuçta bitkinin havayı soluduğunu ve verdiğini, su içtiğini ve topraktan çeşitli mikro katkı maddeleri aldığını söylüyoruz.

Etoburlar kurbanlarını da yayılma yoluyla bulurlar. Köpek balıkları tıpkı pirana balıkları gibi kanın kokusunu kilometrelerce uzaktan alabilirler (Şekil 5).

Difüzyon süreçleri doğal rezervuarlara ve akvaryumlara oksijen sağlanmasında önemli bir rol oynar. Oksijen, durgun sularda serbest yüzeylerinden difüzyon nedeniyle daha derin su katmanlarına ulaşır. Örneğin su yüzeyini kaplayan yapraklar veya su mercimeği, oksijenin suya erişimini tamamen durdurabilir ve sakinlerinin ölümüne yol açabilir. Aynı sebepten dolayı dar boyunlu kapların akvaryum olarak kullanılması uygun değildir (Şek. 6).

Bitkilerin ve hayvanların yaşamı için difüzyon olgusunun anlamında pek çok ortak noktanın olduğu zaten belirtilmişti. Her şeyden önce, solunum fonksiyonunun yerine getirilmesinde bitki yüzeyinden difüzyon değişiminin rolüne dikkat edilmelidir. Örneğin ağaçlar için, yaprakların yüzeyindeki difüzyon değişimi solunum işlevini yerine getirdiğinden, yüzeyde (yaprak tacı) özellikle büyük bir gelişme vardır. K.A. Timiryazev şunları söyledi: “İster toprakta bulunan maddeler nedeniyle kökün beslenmesinden bahsedelim, ister yaprakların atmosfer nedeniyle havadan beslenmesinden, ister bir organın komşu organ pahasına beslenmesinden bahsedelim. - her yerde açıklama için aynı nedenlere başvuracağız: yayılma" (Şekil 7).

Difüzyon sayesinde akciğerlerden gelen oksijen insan kanına, kandan da dokulara nüfuz eder.

Bilimsel literatürde tek yönlü difüzyon - ozmoz sürecini inceledim, yani. Maddelerin yarı geçirgen zarlardan difüzyonu. Ozmoz işlemi, temas eden iki sıvının sınırında, yalnızca çözücüye geçirgen olan ve çözünmüş maddenin moleküllerine hiç geçirgen olmayan bir bölme (zar) şeklinde bir engelin bulunması bakımından serbest difüzyondan farklıdır. (Şekil 8).

Toprak çözeltileri mineral tuzları ve organik bileşikler içerir. Topraktan gelen su, kök kıllarının yarı geçirgen zarlarından ozmoz yoluyla bitkiye girer. Topraktaki su konsantrasyonu kök kıllarının içindekinden daha yüksektir, dolayısıyla su tahılın içine nüfuz ederek bitkiye hayat verir.

1.3. Günlük yaşamda ve teknolojide difüzyonun rolü

Difüzyon birçok alanda kullanılır teknolojik süreçler: tuzlama, şeker elde etme (şeker pancarı talaşları suyla yıkanır, şeker molekülleri talaşlardan çözeltiye yayılır), reçel yapımı, kumaşların boyanması, eşyaların yıkanması, sementasyon, metallerin kaynaklanması ve lehimlenmesi, vakumda difüzyon kaynağı dahil (metaller) Aksi takdirde yöntemler birleştirilemez - çelik ile dökme demir, gümüş ile paslanmaz çelik vb.) ve ürünlerin difüzyon metalizasyonu (çelik ürünlerin alüminyum, krom, silikon ile yüzey doygunluğu), nitrürleme - çelik yüzeyin nitrojen ile doygunluğu (çelik sertleşir, aşınmaya dayanıklı hale gelir), karbürizasyon - çelik ürünlerin karbonla doygunluğu, siyanürleme - çelik yüzeyinin karbon ve nitrojenle doyurulması

Kokuların havada yayılması gazlardaki difüzyonun en yaygın örneğidir. Koku neden anında değil de bir süre sonra yayılıyor? Gerçek şu ki, belirli bir yönde hareket ederken kokulu madde molekülleri hava molekülleriyle çarpışır. Her gaz parçacığının yörüngesi kesikli bir çizgidir çünkü Çarpışma sırasında parçacıklar hareketlerinin yönünü ve hızını değiştirir.

2. Pratik kısım

Etrafımızda ne kadar şaşırtıcı ve ilginç şeyler oluyor! Çok şey bilmek istiyorum, kendim açıklamaya çalışıyorum. Bu nedenle bir dizi deney yapmaya karar verdim; bu sırada yayılma teorisinin gerçekten geçerli olup olmadığını ve pratikte doğrulanıp doğrulanmadığını bulmaya çalıştım. Herhangi bir teori ancak deneysel olarak defalarca doğrulanması durumunda güvenilir kabul edilebilir.

Deney No. 1 Sıvılarda difüzyon olgusunun gözlemlenmesi

Hedef: sıvıdaki difüzyonu inceleyin. Sabit sıcaklıkta (t = 20°C'de) suda potasyum permanganat parçalarının çözünmesini gözlemleyin.

Cihazlar ve malzemeler: bir bardak su, termometre, potasyum permanganat.

Bir parça potasyum permanganat ve 20 °C sıcaklıkta iki bardak temiz su aldım. Potasyum permanganat parçalarını bardaklara koydu ve neler olduğunu gözlemlemeye başladı. 1 dakika sonra bardaklardaki su renklenmeye başlar.

Su iyi bir çözücüdür. Su moleküllerinin etkisi altında, potasyum permanganatın katı maddelerinin molekülleri arasındaki bağlar tahrip olur.

İlk bardakta çözeltiyi karıştırmadım ama ikincisinde karıştırdım. Suyu karıştırarak (çalkalayarak) difüzyon işleminin çok daha hızlı gerçekleşmesini sağladım (2 dakika)

İlk bardaktaki suyun rengi zamanla daha da koyulaşır. Su molekülleri potasyum permanganat molekülleri arasına nüfuz ederek çekici kuvvetleri kırar. Moleküller arasındaki çekici kuvvetlerle eş zamanlı olarak itici kuvvetler de harekete geçmeye başlar ve bunun sonucunda katı maddenin kristal kafesi tahrip olur. Potasyum permanganatı çözme işlemi bitti. Deney 3 saat 15 dakika sürdü. Su tamamen kırmızıya döndü (Şekil 9-12).

Bir sıvıda difüzyon olgusunun uzun vadeli bir süreç olduğu ve bunun sonucunda katıların çözündüğü sonucuna varılabilir.

Difüzyon hızının başka neye bağlı olduğunu öğrenmek istedim.

Deney No. 2 Difüzyon hızının sıcaklığa bağımlılığının incelenmesi

Hedef: Su sıcaklığının difüzyon hızını nasıl etkilediğini inceleyin.

Cihazlar ve malzemeler: termometreler - 1 adet, kronometre - 1 adet, bardak - 4 adet, çay, potasyum permanganat.

(20°C başlangıç ​​sıcaklığında ve 100°C sıcaklıkta iki bardakta çay hazırlama deneyimi).

t=20 °C ve t=100 °C sıcaklıkta iki bardak su aldık. Şekiller, deneyin başlangıcından belirli bir süre sonra deneyin ilerleyişini göstermektedir: deneyin başlangıcında - Şekil 1, 30 saniye sonra. - Şekil 2, 1 dakika sonra. - Şekil 3, 2 dakika sonra. - Şekil 4, 5 dakika sonra. - 15 dakika sonra pirinç 5. - Şekil 6. Bu deneyimden difüzyon hızının sıcaklıktan etkilendiği sonucuna varabiliriz: sıcaklık ne kadar yüksek olursa difüzyon hızı da o kadar yüksek olur (Şekil 13-17).

Çay yerine 2 bardak su içtiğimde de aynı sonuçları aldım. Birinin suyu vardı oda sıcaklığı ikincisinde kaynar su var.

Her bardağa aynı miktarda potasyum permanganat koydum. Su sıcaklığının daha yüksek olduğu bardakta difüzyon süreci çok daha hızlı ilerledi (Şekil 18-23).

Bu nedenle difüzyon hızı sıcaklığa bağlıdır; sıcaklık ne kadar yüksek olursa difüzyon da o kadar yoğun olur.

Deney No. 3 Kimyasal reaktifler kullanılarak difüzyonun gözlemlenmesi

Hedef: Yayılma olayını uzaktan gözlemlemek.

Teçhizat: pamuk yünü, amonyak, fenolftalein, test tüpü.

Deneyimin açıklaması: Test tüpüne amonyak dökün. Bir parça pamuğu fenolftalein ile nemlendirin ve test tüpünün üstüne yerleştirin. Bir süre sonra yapağının rengini gözlemliyoruz (Şekil 24-26).

Amonyak buharlaşır; moleküller amonyak fenolftalein ile ıslatılmış pamuğun içine nüfuz etti ve pamuk yünü alkolle temas ettirmemesine rağmen renklendi. Alkol molekülleri hava moleküllerine karışarak pamuk yününe ulaştı. Bu deney uzaktan yayılma olgusunu göstermektedir.

4 numaralı deneyim. Gazlarda difüzyon olgusunun gözlemlenmesi

Hedef: Oda sıcaklığındaki değişikliklere bağlı olarak havadaki gaz difüzyonundaki değişikliklerin incelenmesi.

Cihazlar ve malzemeler: kronometre, parfüm, termometre

Deneyimin ve elde edilen sonuçların açıklaması: V = 120 m3 ofisinde t = +20 0 sıcaklıkta parfüm kokusunun yayılma süresini inceledim. Kokunun odaya yayılmaya başlamasından, incelenen nesneden (parfüm) 10 m uzaklıkta duran kişilerde belirgin hassasiyet elde edilene kadar geçen süre kaydedildi. (Şekil 27-29)

Deney No. 5 Guaj parçalarının sabit sıcaklıkta suda çözülmesi

Hedef:

Cihazlar ve malzemeler:üç bardak, su, üç renkli guaj.

Deneyimin ve elde edilen sonuçların açıklaması:

T = 25 0 C su ile doldurulmuş üç bardak aldılar ve bardaklara aynı guaj parçalarını attılar.

Guajın çözünmesini gözlemlemeye başladık.

Fotoğraflar 1 dakika, 5 dakika, 10 dakika, 20 dakika sonra çekildi, çözünme 4 saat 19 dakika sonra sona erdi (Şekil 30-34)

Deney No. 6 Katılarda difüzyon olgusunun gözlemlenmesi

Hedef: katılarda difüzyonun gözlemlenmesi.

Cihazlar ve malzemeler: elma, patates, havuç, yeşil çözelti, pipet.

Deneyimin ve elde edilen sonuçların açıklaması:

Elmayı, havuçları ve patatesleri yarımlardan birine kesin.

Lekenin yüzeye nasıl yayıldığını gözlemliyoruz

İçeriye ne kadar derinlemesine nüfuz ettiğini görmek için parlak yeşilin temas ettiği noktayı kesiyoruz (Şekil 35-37).

Katılarda difüzyon olasılığı hakkındaki hipotezi doğrulamak için bir deney nasıl yapılır? Maddeleri böyle bir toplanma durumunda karıştırmak mümkün müdür? Büyük ihtimalle cevap “Evet”tir. Ancak kalın jeller kullanılarak katılarda (çok viskoz) difüzyonun gözlemlenmesi uygundur. Bu yoğun bir jelatin çözeltisidir. Şu şekilde hazırlanabilir: 4-5 gr kuru yenilebilir jelatini soğuk suda çözün. Jelatin önce birkaç saat şişmeli ve daha sonra 100 ml su içerisinde karıştırılarak tamamen eritilmeli, bir kaba indirilmelidir. sıcak su. Soğutulduktan sonra %4-5'lik bir jelatin çözeltisi elde edilir.

Deney No. 7 Kalın jeller kullanılarak difüzyonun gözlemlenmesi

Hedef: Katılarda difüzyon olgusunun gözlemlenmesi (kalın bir jelatin çözeltisi kullanılarak).

Teçhizat:%4 jelatin çözeltisi, test tüpü, küçük potasyum permanganat kristali, cımbız.

Deneyin açıklaması ve sonucu: Jelatin solüsyonunu bir test tüpüne yerleştirin; bir cımbızla tek hareketle test tüpünün ortasına bir potasyum permanganat kristali hızla yerleştirin.

Deneyin başında potasyum permanganat kristali

1,5 saat sonra kristalin jelatin solüsyonlu bir şişe içindeki yeri

Birkaç dakika içinde kristalin etrafında mor renkli bir top büyümeye başlayacak ve zamanla giderek büyüyecek. Bu, kristal maddenin her yöne aynı hızla yayıldığı anlamına gelir (Şekil 38-39).

Katılarda difüzyon meydana gelir, ancak sıvılara ve gazlara göre çok daha yavaştır.

Deney No. 8 Sıvı - termal difüzyonda sıcaklık farkı

Hedef: Termal difüzyon olgusunun gözlemlenmesi.

Teçhizat: 4 özdeş cam kaplar, 2 renk boya, sıcak ve soğuk su, 2 adet plastik kart.

Deneyin açıklaması ve sonucu:

1. 1 ve 2 numaralı kaplara biraz kırmızı boya, 3 ve 4 numaralı kaplara ise mavi boya ekleyin.

2. 1 ve 2 numaralı kaplara sıcak su dökün.

3. Dökün soğuk su 3 ve 4 numaralı gemilere.

4. Kap 1'i plastik bir kartla örtün, ters çevirin ve kap 4'ün üzerine yerleştirin.

5. 3 numaralı kabı plastik bir kartla örtün, ters çevirin ve 2 numaralı kabın üzerine yerleştirin.

6. Her iki kartı da çıkarın.

Bu deney termal difüzyonun etkisini göstermektedir. İlk durumda soğuk suyun üzerinde sıcak su belirir ve sıcaklıklar eşitlenene kadar difüzyon gerçekleşmez. İkinci durumda ise tam tersine alt kısım sıcak, üst kısım soğuktur. İkinci durumda ise moleküller sıcak su yukarı doğru çabalamaya başlar ve soğuk moleküller aşağı doğru çabalamaya başlar (Şekil 41-44).

Çözüm

Bu araştırma çalışması sırasında difüzyonun insan ve hayvanların yaşamında büyük bir rol oynadığı sonucuna varılabilir.

Bu araştırma çalışmasından difüzyon süresinin sıcaklığa bağlı olduğu sonucuna varılabilir: sıcaklık ne kadar yüksek olursa difüzyon da o kadar hızlı gerçekleşir.

Örnek olarak çeşitli maddeleri kullanarak difüzyon olgusunu inceledim.

Akış hızı maddenin türüne bağlıdır: gazlarda sıvılara göre daha hızlı akar; Katılarda difüzyon çok daha yavaş ilerler. Bu ifade şu şekilde açıklanabilir: Gaz molekülleri serbesttir ve birbirinden çok uzak mesafelerde bulunur. daha fazla boyut moleküller birlikte hareket eder yüksek hızlar. Sıvıların molekülleri gazlardaki gibi rastgele düzenlenir, ancak çok daha yoğundur. Komşu moleküllerle çevrelenen her molekül, sıvının içinde yavaşça hareket eder. Katı molekülleri bir denge konumu etrafında titreşir.

Termal yayılma vardır.

Kaynakça

Gendenstein, L.E. Fizik. 7. sınıf. Bölüm 1 / L.E. Gendenshtein, A.B., Kaidalov. - M: Mnemosyne, 2009.-255 s.;

Kirillova, I.G. 7. sınıf öğrencileri için fizik okuma kitabı lise/ I.G. Kirillova.-M., 1986.-207 s.;

Olgin, O. Patlamasız deneyler / O. Olgin - M.: Khimik, 1986.-192 s.;

Peryshkin, A.V. Fizik ders kitabı, 7. sınıf / A.V. Peryshkin.- M., 2010.-189 s.;

Razumovsky, V.G. Fizikte yaratıcı problemler / V.G. Razumovsky.-M., 1966.-159 s.;

Ryzhenkov, A.P. Fizik. İnsan. Çevre: Eğitim kurumlarının 7. sınıf fizik ders kitabına ek / A.P. Ryzhenkov.-M., 1996.- 120 s.;

Chuyanov, V.A. ansiklopedik sözlük genç fizikçi / V.A. Chuyanov.-M., 1984.-352 s.;

Shablovsky, V. Eğlenceli fizik / V. Shablovsky. S.-P., Trigon, 1997.-416 s.

Başvuru

resim 1

şekil 2

Figür 3

Şekil 4

Şekil 5

Şekil 6

şekil 7

Çözücü parçacıkları (mavi) membranı geçebilir,

çözünen parçacıklar (kırmızı) değildir.

şekil 8

Şekil 9

şekil 10

Şekil 11

şekil 12

Şekil 13

şekil 14

şekil 15

Şekil 16

Şekil 17

şekil 18

şekil 19

Şekil 20

Şekil 21

şekil 22

Şekil 23

şekil 24

Şekil 25

Şekil 26

şekil 27

Şekil 28

Şekil 29

şekil 30

Şekil 31

Şekil 32

Şekil 33

Şekil 34

Şekil 35

şekil 36

V Bölgelerarası Martynov Okumaları

Yön- araştırma

“Fiziksel ve matematiksel bilimler dünyasında”

GİZEMLİ YAYILMA

Ageeva Ulyana

Öğrenci 2 "A"

MBOU-ortaokul No.1

rp Stepnoe

Sovyet bölgesi

Saratov bölgesi

Danışman:

Ageeva Veronika Gennadievna

GİRİİŞ

İşin amacı:

ü Difüzyon olgusunu göz önünde bulundurun

Görevler:

ü difüzyonun sıcaklığa bağlı olduğunu kanıtlayın;

ü ev deneylerinde yayılma örneklerini göz önünde bulundurun;

ü Difüzyonun farklı maddelerde farklı şekilde meydana geldiğinden emin olun.

Uygunluk:; Difüzyon insan yaşamında, hayvanlarda ve bitkilerde olduğu kadar teknolojide de büyük önem taşıyor

Duş jeli ile banyo yapmayı gerçekten çok seviyorum. Soru sormayı da severim. Ve bir gün şunu düşündüm:

ü Jel neden suda çözünür?

ü Banyodan sonra bile jelin kokusu neden kaybolmuyor?

Bu soruları öğretmenim Valeria'ya sordum ve o gizemli bir kelime söyledi: "DIFÜZYON." Hemen yeni bir sorunun cevabını aramaya başladım: nedir bu? Cevap olarak, yardım için bir fizik öğretmenine başvurduk (bu yıl çevre derslerimizde fizikle tanışmaya başlamamız boşuna değil). Valeria ve ben bunu duyduk.

ANA BÖLÜM

DİFÜZYON FENOMENİ - TEORİ.

Difüzyon- bu, moleküllerin kaotik (düzensiz) hareketinin bir sonucu olarak ortaya çıkan, temas eden maddelerin kendiliğinden karışmasıdır.

Başka bir tanım: yayılma(lat. yayılma- yayılma, yayılma, dağılma) madde veya enerjinin yüksek konsantrasyonlu bir alandan düşük konsantrasyonlu bir alana aktarılması işlemidir.

Difüzyonun en ünlü örneği gazların veya sıvıların karıştırılmasıdır (eğer mürekkep suya damlatılırsa, sıvı bir süre sonra eşit şekilde renklenecektir).

Difüzyon sıvılarda, katılarda ve gazlarda meydana gelir. Difüzyon en hızlı gazlarda, daha yavaş sıvılarda ve hatta daha yavaş katılarda meydana gelir; bu da parçacıkların bu ortamlardaki termal hareketinin doğasından kaynaklanmaktadır. Her gaz parçacığının yörüngesi kesikli bir çizgidir çünkü Çarpışma sırasında parçacıklar hareketlerinin yönünü ve hızını değiştirir. Yüzyıllar boyunca işçiler, bu işlem sırasında meydana gelen difüzyon süreçleri hakkında en ufak bir fikirleri olmadan, katı demiri karbon atmosferinde ısıtarak metalleri kaynakladı ve çelik üretti. Sadece 1896'da sorunu incelemeye başladı.

İngiliz metalurji uzmanı William Roberts-Austin, basit bir deneyle altının kurşundaki difüzyonunu ölçtü. 2,45 cm uzunluğundaki saf kurşun silindirin ucuna ince bir altın disk yerleştirdi, silindiri sıcaklığın yaklaşık 200°C'de tutulduğu bir fırına yerleştirdi ve 10 gün boyunca fırında tuttu. . "Temiz sonda" oldukça ölçülebilir miktarda altının silindirin tamamından geçtiği ortaya çıktı. Bu da bunu bir kez daha kanıtlıyor. artan sıcaklıkla difüzyon hızının çok hızlı arttığını gösterir. Örneğin çinko, 300 0 C sıcaklıkta bakıra oda sıcaklığında olduğundan neredeyse 100 milyon kat daha hızlı yayılır.

Moleküllerin difüzyonu çok yavaştır. Örneğin bir bardak suyun dibine bir parça şeker konur ve su karıştırılmazsa çözeltinin homojen hale gelmesi birkaç hafta alacaktır.

DİFÜZYON FENOMENİ - UYGULAMA.

Fiziksel bir açıklama bulduk. Difüzyonun birçok ev sürecinde izlenebileceğini fark ettim:

a) sebzelerin turşusu;

b) şeker elde etmek;

c) reçel yapmak;

d) kumaşların boyanması;

e) eşyaları yıkamak vb.

Ve sonra her zamanki gibi sırrı daha iyi öğrenmeye karar verdim. Sonuçta her çocuk bilir: anlamak için ona "dokunmanız" gerekir. Difüzyona “dokunabilir miyim”?

Sorularıma cevap bulmak için ikinci aşamaya geçtim. Teoriden pratiğe yani deneylere geçtim.

içinde yüzüyorum ılık su. Duş jeli içinde oldukça çabuk çözünür. İlginç:

Difüzyon sıcaklığa bağlı mıdır?

Deney – sıvıda difüzyon

Kahve ve şekerin farklı sıcaklıklarda suda çözünme hızı araştırıldı.

Deney sırasında soğuk ve sıcak su olmak üzere iki bardak kullanıldı. Demleme sırasında bir bardak sıcak suda çözünme işleminin daha hızlı olduğu bulundu.

Renkli şekerleri çözmeyi deneyin

Birlikte aşağıdaki deneyi gerçekleştirdik. Farklı renkteki 4 şeker, soğuk su dolu bir kaba yerleştirildi. Biz bunu zamanladık. Ancak 7 dakika sonra sıvı renk almaya başladı

Çözüm: Difüzyon olgusu sıcaklığa bağlıdır, yüksek sıcaklıkta daha hızlı ortaya çıkar.

Deney - gazlarda difüzyon.

Sıvılardaki difüzyon süreçlerini çözdüm. Peki ya kokular, yani gazlar?

Mutfakta soğan doğradığımda, akşam yemeği pişirdiğimde, öğle yemeği pişirdiğimde ya da sebzelerin üzerine dökmek için marine sosu hazırladığımda (yemek yapmayı gerçekten çok seviyorum!), mutfaktan gelen aromalar tüm daireye yayılıyor. Bu aynı zamanda difüzyondan da kaynaklanmaktadır.

gazlar-kokular.

Kokuyor mu? Kokuları seviyorum!

Basınç altındaki gazlarla ilgili deneyim

Bir odada aroma yayılma hızının sıcaklığa bağımlılığını inceledim:

Oda spreyinin kokusu 20,53 saniyede bir odadan diğerine yayılıyor;

sonra oda spreyini etrafa sıktım masa lambası, süre - 14,03 sn.

Çözüm: Difüzyon hızı sıcaklıkla artar çünkü ısıtma moleküllerin hareket hızını artırır.

Ve böcekleri çeken de kokudur, dolayısıyla bitkilerin tozlaşmasına yardımcı olurlar. (Bitkilerin kokularını seviyorum. Belki de bir böceğim? Boş zamanlarımda bunu düşünmem gerekecek.)

Manganez ile deneyler (yoğunluğa bağlı olarak penetrasyon)

Farklı çeşitlerdeki elmalar kullanıldı: “Gri” (2), “Antonovka” (1), “Jonathan” (3).

Antonovka çeşidinin (1) elmalarında manganezin nüfuzu daha yavaştı. Bu elma çeşidi kışlıktır, belki daha az suludur ve yapısı daha yoğundur.

Bir sonraki deneyde şu sebzeler kullanıldı: şalgam, havuç, kabak, patates.

Üç saat sonra kabak ve patatesteki manganezin nüfuzunun şalgam ve havuçtakinden daha fazla olduğu bulundu. Şalgam ve havuç daha yoğun bir yapıya sahip olup, manganez parçacıklarının nüfuz derinliği daha az olmuştur.

Çözüm: Difüzyon hızı temas eden malzemelerin yoğunluğuna bağlıdır.

— Bilim insanları bir yasayı fark etti
Ya iki metal birbirine yakınsa,
Bir süre sonra her iki tarafta da
Moleküller birbirine doğru hareket edecektir. Ve çok...
Ve eğer bileşenler daha zayıfsa,
Moleküller daha da cesur hareket ediyor...

Bu yüzden hamuru ile çalışmak bizim için bu kadar kolay.

DİFÜZYON VE GÜVENLİK

Evde yemek pişirmek için kullandığımız yanıcı propan gazı renksizdir. Bu nedenle gaz sızıntısını hemen fark etmek zor olacaktır. Ve bir sızıntı olduğunda difüzyon nedeniyle gaz odanın her yerine yayılır ve yayıldığını kokuyla hissederiz. Bu arada kapalı bir odada belirli bir gaz/hava oranında patlayabilecek bir karışım oluşur. Örneğin, yanan bir kibritten. Gaz ayrıca insanların zehirlenmesine de neden olabilir.

Dikkat, dikkatli olun ve numarayı hatırladığınızdan emin olun. gaz servisi 04!

Güneş ışınları odaya girdiğinde bir tür "toz parçacıklarının dansını" gözlemleyebilirsiniz.

Bu vesileyle Lucretius Carus şunu yazdı:

Şuna bak: ne zaman güneş ışığı içeri girse

Evlerimize giriyor ve karanlık ışınlarıyla delip geçiyor,

Boşlukta pek çok bedenin titreştiğini göreceksiniz,

Işığın ışıltılı parıltısında ileri geri koşuyorlar.

Sanki sonsuz bir mücadele içindeymiş gibi savaşlarda ve savaşlarda savaşırlar,

Barışı bilmeden aniden ekipler halinde savaşlara giriyorlar…

Difüzyon nedeniyle iç mekandaki toz parçacıkları küf parçacıkları, mobilyalarda bulunan ağır metal molekülleri, kaplama malzemeleri ve diğer apartman “medeniyetin faydaları”.

İç mekan çiçekleri, odaların havasında çözünen toksik maddelerle kolayca baş edebilir: nefrolepis, dieffenbachia, sütleğen, sarmaşık, sardunya, sansevieria vb. Ve tüm bunlar difüzyon sayesinde olur.

Tanınmış agav (aloe) zararlı mikropların sayısını 4 kat azaltabilir ve dikenli armut kaktüsü havadaki küf sayısını 6-7 kat azaltır.

Tütün dumanı ve linolyum kaplamalar sağlığımıza zararlıdır. Ev bitkileri(Ficus Benjamin, Tradescantia, Chlorophytum) toksik maddeleri emebilir ve parçalayabilir.

HEYECAN VERİCİ DAĞITIM.

Difüzyon olgusu yalnızca ders kitaplarında izlenemez. Henüz 2. sınıfta olduğum için konunun bu yönü de ilgimi çekti. Valeria ve ben çocuklara yönelik fizik sorularını kapsayan birkaç ilginç site bulduk. Sınıf arkadaşlarıma difüzyon konusunu öğretmemize yardımcı oldular.

Grigory Oster'ın sorunu

Dört yaşındaki Masha, annesinin arkasından aynaya doğru sürünerek sessizce hareket ederek başına üç şişe Fransız parfümü döktü.

SIRTI MAŞA'YA DÖNÜK OTURMAKTA OLAN ANNE, NE OLDUĞUNU NASIL TAHMİN ETTİ?

Kolya ve Vitya

Bir gün iki arkadaş-öğrenci 2 “A” bir araya geldi - Kolya ve Vitya. Uzun zamandır birbirlerini görmüyorlar.

Kolya, "Ve fiziği zaten biliyorum" diye övünüyor.

Ben de biliyorum” diyor Vitya. Ve birbirlerine bilgileriyle övünmeye başladılar. Kolya:

biliyorum ki Maddenin en küçük parçacığı moleküldür".

Sadece düşün! Ama bunu biliyorum tüm moleküller atomlardan yapılmıştır.

Bunu biliyor musun moleküller mikroskopla görülebilir?

Ama sen Kolya, bunu biliyorsun Moleküllerin hareket hızı ne kadar düşük olursa, belirli bir cismin sıcaklığı o kadar yüksek olur A?

Bilmiyorum! Bunu herkes biliyor! Bunu duydun mu? maddeler üç halde bulunabilir: sıvı, katı ve gaz?
- Vitya:

Elbette duydum! Özelliklerini bile biliyorum. Sıvılar şeklini korur ancak hacmini değiştirir, katılar ise ne şeklini ne de hacmini korur. Gazların şekli ve hacmi değişir".
Kolya:

O halde soruma cevap ver: Difüzyon gazlarda, sıvılarda ve katılarda eşit hızda mı ilerler?
- Vitya:

Aynı. Yayılmanın amacı budur, kardeşim.

VİTIA DOĞRU MI?

Kolobok.

Yaşlı bir adam ve yaşlı bir kadın vardı.
Yaşlı adam yaşlı kadını akustik olarak modüle ediyor:
- Etrafta dolaş, yaşlı kadın, tahıl ambarının etrafından dolaş, asansörü işaretle, bir toroid veya elipsoid üzerine un kazıyabilecek misin bir bak.
Yaşlı kadın aldı Vakum pompası, tahıl ambarının etrafını sıyırdı, asansörün etrafını süpürdü ve yüz santimetreküp unu kazıdı.
Un ve ekşi kremadan koloidal bir karışım oluşturdu, küresel bir çörek oluşturdu, doymamış yağ asitleriyle termal olarak işlemden geçirdi ve pencerenin üzerine yerleştirdi. Kıvama getirmek için.
Topuz dinlendi, dinlendi, sonra hareket etmeye başladı: pencereden banka, banktan zemine, yerden kapıya, eşiğin üzerinden atlayarak - ve giriş yoluna, giriş yolundan sundurmaya, verandadan avluya, avludan kapıya gidilen mesafe katlanarak artıyor.
Kolobok yol boyunca ilerler ve Tavşan onunla tanışır:
- Beni kaptırma Hare, sana Newton'un birinci yasasını anlatacağım:
Dış etkilerin yokluğunda maddi bir noktanın hızının büyüklüğünü ve yönünü süresiz olarak koruduğu atalet adı verilen bu tür referans sistemleri vardır.
Ve yol boyunca tekdüze bir hızla yuvarlandı - onu yalnızca Tavşan izledi!
Kolobok hareket ediyor ve Kurt onunla buluşuyor:
- Kolobok, Kolobok, seni özümseyeceğim!
- Beni özümseme gri Kurt, size Newton’un ikinci yasasını anlatacağım:
Eylemsiz bir referans çerçevesinde, maddi bir noktanın aldığı ivme, ona uygulanan tüm kuvvetlerin sonucuyla doğru orantılı, kütlesiyle ters orantılıdır.
Ve kinetik enerji kazandı - yalnızca Kurt Çerenkov radyasyonunu yakaladı!
Kolobok eşit şekilde hareket ediyor ve Ayı onunla buluşuyor:
- Kolobok, Kolobok, seni özümseyeceğim!
- Nerede, çarpık ayak, beni özümseyebilirsin! İşte Newton'un üçüncü yasası, bir düşünün:
Maddi noktalar birbirleriyle, bu noktaları birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilen, aynı büyüklükte ve zıt yöndeki kuvvetlerle etkileşime girer.
Ve yine uzaydaki konumunu değiştirmeye başladı - yalnızca Ayı hareket denklemini entegre etti!
Kolobok yer değiştirir ve Fox onunla tanışır:
- Kolobok, Kolobok, bana gidişatın son noktasını söyle?
- Jeopotansiyelin anti-gradyanında ilerliyorum, görmüyor musun?
- Kolobok, Kolobok, söyle bana difüzyon hakkında!
Kolobok şarkı söyledi:
Genellikle difüzyon, maddenin transferinin eşlik ettiği süreçler olarak anlaşılır, ancak bazen diğer transfer süreçlerine de difüzyon denir: termal iletkenlik, viskoz sürtünme vb.
Difüzyona bir örnek, gazların (örneğin, kokuların yayılması) veya sıvıların (mürekkep suya damlatılırsa, sıvı bir süre sonra eşit şekilde renklenecektir) karıştırılmasıdır. Başka bir örnek bir katıyla ilişkilidir: temas eden metallerin atomları temas sınırında karışır. Parçacık difüzyonu plazma fiziğinde önemli bir rol oynar.
Ve Lisa şöyle diyor:
- Ah, şarkı güzel ama işitme organları kötüleşti. Kolobok, Kolobok, parmak uçlarıma yüksel ve daha yüksek sesle tekrar şarkı söyle.
Zencefilli kurabiye adam sorunun koşullarına göre koordinatlarını değiştirerek aynı şarkıyı daha yüksek sesle söyledi.
Ve Lisa ona tekrar söyledi:
- Kolobok, Kolobok, dilimin üstüne otur ve son kez şarkı söyle.
Çörek Fox'un dilinin üzerine sıçradı ve Fox ses çıkardı! - ve onu emdim.

Sayfa 1

Kristalizasyon bölgesine difüzyon hızı ve dolayısıyla kristallerin büyümesi büyük ölçüde ortamın viskozitesine bağlıdır ve viskozitenin azalmasıyla birlikte artar.  

Artan sıcaklıkla difüzyon hızı artar.  

Difüzyon hızı, birim zaman başına arayüzün birim alanı boyunca yayılan madde m miktarı ile belirlenir. Yayılan (birim zaman başına) madde m miktarı, elementin arayüze normal yöndeki dC / dx konsantrasyon gradyanına bağlıdır ve difüzyon katsayısı D: t - D (dC / dx) ile orantılıdır, burada dC, Konsantrasyon; dx - seçilen yöndeki mesafe.  

Metal hafifçe oksitlenirse difüzyon hızı önemli ölçüde azalır. Paladyum ve diğer bazı metaller özellikle ön ısıl işlemle yok edilir. Hem, yeni pasif paladyumun difüzyon hızının, birkaç saat boyunca 1000°C'ye kadar ısıtıldıktan sonra orijinal değerinin ellide birine düştüğünü buldu. Geçirgenlik, oksijen içinde 500°C'ye ısıtılarak eski haline getirilir ve bir oksijen filmi oluşturulur, daha sonra işlemle eski haline getirilir. 150 C'de hidrojen. Azotta ısıtma paladyumun geçirgenliğini arttırır. Bauklo ve Kaiser [5a] nikelden hidrojen difüzyon hızının 850 C'ye kadar sabit kaldığını ve daha yüksek sıcaklıklarda giderek azaldığını bulmuşlardır. 1060 C'de altı saat sonra hız orijinal değerin %30'u kadar azalır.  

Difüzyon hızı aynı zamanda difüzyonun meydana geldiği metalin ön ısıl işlemine de bağlıdır. Taze hazırlanmış, gazı alınmış bir paladyum preparatı 300 ve 760 mm basınçta belirli bir difüzyon hızı veriyorsa, başka bir paladyum preparatının aynı difüzyon hızını sağlamak için örneğin 760 mm basınçta 600°C'ye kadar ısıtılması gerekebilir. Demir nitrojenle temas halindeyse, hidrojen difüzyon hızı 10-15 kat daha yüksek olabilir, ancak difüzyon eğrileri daha yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında önceki konumlarıyla çakışır.  

Difüzyon hızları aynı zamanda polimer ile molekülleri birbirine benzeyen reaktifler arasındaki reaksiyonlarda da belirleyici bir rol oynar. küçük boyutlar. Örneğin, oksijenin kauçuğa difüzyon hızı, polimer numunesinde sabit bir konsantrasyonu koruyacak kadar hızlı değilse, o zaman difüzyon, hızı belirleyen bir süreç haline gelir ve niceliksel kinetik ölçümlere yönelik tüm girişimler başarısız olur. Heterojen hidroliz reaksiyonlarında da aynı etkiler mümkündür.  

Difüzyon hızı, çözeltinin toplam konsantrasyonuyla orantılıdır ve artan sıcaklıkla büyük ölçüde artar. Buna karşılık, difüzyonun hızlanması elektrolizin hızlanmasına yol açar. Örneğin, karıştırılarak yapılan elektroliz sırasında, 1 5 - 1 7 A akıma sahip soğuk bir SnQ4 çözeltisinden 70 dakikada ve sıcak çözeltiden sadece 30 dakikada 2 g kalay salınır.  

Gözenek çapı azaldıkça difüzyon hızının da azalması gerekir ve bu miktarlar arasındaki tam fonksiyonel ilişki, gözeneklerin içindeki difüzyonun türüne göre belirlenecektir. Yüzeye dağılacak kadar küçük paladyum metal parçacıkları içeren bir katalizörün durumunu düşünün. aktif karbon o Gözenek çapından bağımsız olarak aynı yoğunluk.  

Türbülanslı bir akışta difüzyon ve buharlaşma hızı, türbülansın yoğunluğu ve ölçeği gibi özelliklerle belirlenir.  

Difüzyon hızı, ortamın konsantrasyonları, sıcaklığı ve viskozitesindeki farkla belirlenir.