Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Difúzia je základom mnohých javov, ktoré poznáme z každodenného života. Niekedy sú tieto javy prospešné, niekedy naopak. Napríklad difúziou sa molekuly voňavých kvetov šíria vzduchom, aby ich hmyz našiel a opelil. Difúzia je však zodpovedná aj za šírenie škodlivín v ovzduší a tvorbu smogu (obr. 1.), ktorý ohrozuje ľudí aj vo veľkej vzdialenosti od komínov vyžarujúcich škodlivé látky. Nepochybne je dôležité vedieť: čo určuje rýchlosť difúzie a ktoré látky difundujú rýchlejšie a ktoré pomalšie.
Ryža. 1. Smog je hmla zmiešaná s dymom a výfukovými plynmi. Vedeli ste, že stav ovzdušia v Bielorusku je neustále monitorovaný a možno ho kedykoľvek skontrolovať pomocou jednej z mnohých takzvaných „máp znečistenia“ dostupných na internete?
Difúzia na mikroskopickej a makroskopickej úrovni
Častice kvapalín a plynov sa náhodne pohybujú vysokou rýchlosťou, pričom počas kolízií neustále menia smery a hodnoty svojich rýchlostí. Tento pohyb sa nazýva tepelný pohyb.
Difúzia je šírenie a miešanie molekúl v dôsledku tepelného pohybu.
Príklady difúzie sú: šírenie pachov v pokojnom vzduchu, miešanie vody a mlieka naliateho do jednej nádoby alebo vyrovnávanie koncentrácie nečistôt, ktoré do nej spadli v celom objeme zásobníka.
Na obr. 2 znázorňuje farebný atrament naliaty do nádoby s vodou. Farebné škvrny sa rozširujú a menia tvar, až kým nakoniec nebude všetka voda jednotne sfarbená.
V makroskopickom meradle je difúzia nevratný proces, ktorý vyrovnáva koncentrácie rôznych zložiek kvapaliny alebo plynu. Na mikroskopickej úrovni je difúzia spôsobená chaotickými, tepelnými pohybmi molekúl.
Pohyb každej molekuly je úplne náhodný - nevyčnieva žiadny jednotlivý smer. Efekt dôkladného premiešania látky je spôsobený tým, že obrovské množstvo molekúl sa pohybuje náhodne.
Ryža. 2. Difúzia farebného atramentu vo vode
Čo určuje rýchlosť difúzie?
Keď majú častice vysokú rýchlosť, a teda vysokú kinetickú energiu, môžu v krátkom čase prekonať veľké vzdialenosti. Meradlom priemernej kinetickej energie častíc je teplota v absolútnom meradle. Z toho vyplýva záver: difúzia prebieha rýchlejšie pri vyšších teplotách. Inými slovami, rýchlosť difúzie závisí od teploty.
Doma si môžete urobiť malý experiment a uvidíte sami. Vezmite si napríklad 2 poháre vody. Jeden bude obsahovať vodu pri izbovej teplote (220С) a druhý bude zahriaty na 500С. Ak do každého pohára pridáme akékoľvek potravinárske farbivo, uvidíme, ako závisí rýchlosť difúzie potravinárskeho farbiva od teploty vody v pohári.To znamená, že uvidíme, ako sa teplejšia voda sfarbí oveľa rýchlejšie.
Pamätajte však, že dve častice s rovnakou kinetickou energiou, ale rôznou hmotnosťou majú rôznu rýchlosť. Čím menšia je hmotnosť častice, tým väčšia je jej rýchlosť. Vyplýva to zo vzorca pre kinetickú energiu: Ek=mv2 / 2 .
Pri rovnakej teplote budú častice menšej hmotnosti difundovať (šíriť sa) rýchlejšie ako častice väčšej hmotnosti.
Rýchlosť difúzie je tým väčšia, čím nižšia je molekulová hmotnosť difundujúcich látok.
Rýchlosť difúzie je vyššia v médiách, ktorých molekuly sa pohybujú v priamom smere. Napríklad mlieko sa rýchlejšie zmieša s kávou, ak sa mieša lyžičkou. Tento príklad ilustruje takzvanú nútenú difúziu. Fenomén nútenej difúzie často využívajú dravce, ktoré sa približujú zo záveternej strany (t. j. zo strany, z ktorej – z pohľadu dravca – fúka vietor) a sú pre svoju korisť neviditeľné.
Rýchlosť difúzie je ovplyvnená aj tým, ako často sa molekula zráža s inými molekulami. Zrážky sa vyskytujú menej často, ak je stredná voľná dráha, t.j. priemerná vzdialenosť, ktorú prejde molekula medzi po sebe nasledujúcimi zrážkami, je väčšia. Menej kolízií znamená rýchlejší difúzny proces. Samozrejme, že priemerná voľná dráha molekúl závisí od stavu agregácie látky.
Difúzia závisí od stavu agregácie a vlastností prostredia, v ktorom sa vyskytuje.
V plynoch sú molekuly od seba vo veľkej vzdialenosti a zrážajú sa oveľa menej často ako v kvapalinách. Ich priemerný voľný výbeh je pomerne veľký. Z tohto dôvodu dochádza k rýchlej difúzii v plynoch. Z každodennej skúsenosti vieme, že pachy sa šíria po miestnosti v priebehu niekoľkých sekúnd alebo minút. Pokles tlaku plynu znamená, že na jednotku objemu je menej molekúl a kolízie sa vyskytujú menej často ako pri vysokom tlaku.Keď tlak klesá, stredná voľná dráha častíc sa zvyšuje a difúzia prebieha rýchlejšie.
V kvapalinách sú molekuly od seba v menšej vzdialenosti ako v plynoch a častejšie sa zrážajú. Difúzia v kvapalinách je pomalšia ako v plynoch. S týmto javom sa stretávame každý deň, napríklad, keď soľ do polievky alebo cukor do čaju. Aj bez miešania sa po chvíli koncentrácia cukru v čaji alebo soli v polievke difúziou vyrovná, no trvá to dlho a treba veľa trpezlivosti, aby sa proces skončil.
Difúzia v pevných látkach je najpomalšia. V pevných látkach tvoria molekuly kryštálovú mriežku a nemôžu sa voľne pohybovať, ale len oscilovať okolo svojich rovnovážnych polôh. Keď sa však povrchy dvoch rôznych tuhých látok dostanú do vzájomného kontaktu, molekuly druhej pevnej látky môžu byť po určitom čase detegované v každej z nich.
Difúzia spôsobuje zmeny v usporiadaní atómov v kryštálovej mriežke. Stáva sa, že molekula na hranici dvoch telies náhodne dostane vyššiu kinetickú energiu, ktorá jej umožní opustiť svoju polohu a prejsť k susednému telesu.
Zoznam referencií
- Peryshkin A.V. fyzika. 7 buniek - 14. vyd., stereotyp. - M.: Drop, 2010.
- Peryshkin A.V. Zbierka úloh z fyziky, 7 - 9 buniek: 5. vydanie, stereotyp. - M: Exam Publishing House, 2010.