Sıvının bir ara kümelenme hali olduğu gerçeğiyle başlayalım. Kritik kaynama noktasında gazlara benzer ve düşük sıcaklıklarda katıya benzer özellikler ortaya çıkar. Bir sıvının, denge termodinamik özellikleri, donma noktası, viskozite, difüzyon, termal iletkenlik, yüzey gerilimi, entropi, entalpi tanımını önemli ölçüde karmaşıklaştıran ideal bir modeli yoktur.
Tanım
Difüzyon nedir? Bu, maddenin transferine, denge konsantrasyonlarının kurulmasına yol açan ortamın parçacıklarının yayılması, dağılımı, hareketidir. Dış etkilerin yokluğunda, bu süreç parçacıkların termal hareketi ile belirlenir. Bu durumda difüzyon süreci konsantrasyonla doğru orantılıdır. Difüzyon akısı konsantrasyon gradyanına benzer şekilde değişecektir.
Çeşitler
Bir sıvıdaki difüzyon sıcaklıkta bir değişiklikle devam ederse, buna bir elektrik alanında termal difüzyon denir - elektrodifüzyon.
Bir sıvı veya gaz içindeki büyük parçacıkların hareket süreci,Brownian hareket yasaları.
Akışın özellikleri
Gazlarda, sıvılarda ve katılarda difüzyon farklı hızlarda ilerler. Parçacıkların farklı ortamlardaki termal hareketlerinin doğasındaki farklılıklar nedeniyle, işlem gazlarda maksimum hıza ve katılarda minimum hıza sahiptir.
Yön ve hız periyodik olarak değiştiği için parçacığın yörüngesi kesik bir çizgidir. Düzensiz hareket nedeniyle, parçacığın orijinal konumundan kademeli olarak uzaklaşması gözlemlenir. Düz bir çizgi boyunca yer değiştirmesi, bozuk bir yol boyunca yer alan yoldan çok daha kısadır.
Fick Yasası
Bir sıvıdaki difüzyon, iki Fick yasasına uyar:
- difüzyon akı yoğunluğu, difüzyon katsayısı ile konsantrasyon ile doğru orantılıdır;
- Difüzyon akı yoğunluğundaki değişim hızı, konsantrasyondaki değişim hızı ile doğru orantılıdır ve ters yöne sahiptir.
Bir sıvıdaki difüzyon, moleküllerin bir denge konumundan diğerine atlamalarıyla karakterize edilir. Bu tür sıçramaların her biri, moleküle diğer parçacıklarla bağı kırmaya yetecek bir hacimde enerji verildiğinde gözlenir. Ortalama atlama, moleküller arasındaki mesafeyi aşmaz.
Bir sıvıda difüzyonun ne olduğunu tartışırken, sürecin sıcaklığa bağlı olduğunu not ederiz. Artışı ile sıvı yapının “gevşemesi” meydana gelir, bunun sonucunda keskin bir artış olur.birim zaman başına atlama sayısı.
Gazlarda, sıvılarda ve katılarda difüzyonun bazı ayırt edici özellikleri vardır. Örneğin, katılarda mekanizma, kristal kafes içindeki atomların hareketi ile ilişkilidir.
Olayın özellikleri
Bir sıvıda difüzyon, başlangıçta homojen olmayan bir ortamdaki bir maddenin konsantrasyonunun eşitlenmesinin eşlik etmesi gerçeğinden dolayı pratik açıdan ilgi çekicidir. Yüksek konsantrasyonlu alanlardan önemli ölçüde daha fazla parçacık kaçar.
Deneyler
Sıvılarla yapılan deneyler, difüzyonun kimyasal kinetikte özellikle önemli olduğunu göstermiştir. Tepkimeye girenlerin veya bir katalizörün yüzeyindeki kimyasal bir işlem sırasında, bu işlem, reaksiyon ürünlerinin uzaklaştırılma hızının belirlenmesine ve başlangıç reaktiflerinin eklenmesine katkıda bulunur.
Sıvılarda difüzyonu ne açıklar? Çözücü molekülleri, yarı saydam zarlardan geçerek ozmotik bir basınca neden olabilir. Bu fenomen, maddelerin ayrılması için kimyasal ve fiziksel yöntemlerde uygulama bulmuştur.
Biyolojik sistemler
Bu durumda difüzyon modelleri, akciğerlere giren hava oksijeni, sindirim ürünlerinin bağırsaktan kana emilmesi, mineral elementlerin kök kılları tarafından emilmesi örneği üzerinde düşünülebilir. İyonların difüzyonu, kas ve sinir hücreleri tarafından biyoelektrik uyarıların üretilmesi sırasında meydana gelir.
Etkileyen fiziksel faktörbelirli elementlerin vücut hücrelerinde birikiminin seçiciliği, iyonların hücre zarlarından farklı penetrasyon hızıdır. Bu işlem, difüzyon katsayısının değerini membran geçirgenliği ile değiştirerek Fick yasası ile ifade edilebilir ve konsantrasyon gradyanı yerine zarın her iki tarafındaki değerlerdeki farkı kullanın. Su ve gazların hücre içine difüzyon penetrasyonu ile hücre içindeki ve dışındaki ozmotik basınç göstergeleri değişir.
Difüzyonun neye bağlı olduğunu analiz ederek, bu sürecin birkaç türü olduğunu not ediyoruz. Basit form, iyonların ve moleküllerin elektrokimyasal potansiyellerinin gradyanına doğru serbest transferi ile ilişkilidir. Örneğin, bu seçenek, örneğin metil alkol, su gibi moleküllerin küçük boyutlu olduğu maddeler için uygundur.
Sınırlı değişken, maddenin zayıf bir transferini varsayar. Örneğin, küçük parçacıklar bile hücreye giremez.
Tarih Sayfaları
Diffüzyon, antik Yunan kültürünün en parlak döneminde keşfedildi. Demokritos ve Anaxogoras, herhangi bir maddenin atomlardan oluştuğuna ikna oldular. Doğada ortak olan maddelerin çeşitliliğini tek tek atomlar arasındaki bağlantılarla açıkladılar. Bu parçacıkların yeni maddeler oluşturmak için karışabileceğini varsaydılar. Difüzyon mekanizmasını açıklayan moleküler-kinetik teorinin kurucuları arasında Mikhail Lomonosov özel bir rol oynadı. Bir moleküle, bir atoma bir tanım verdiler ve çözünme mekanizmasını açıkladılar.
Deneyler
Şekerle deneyim, difüzyonun tüm özelliklerini anlamanızı sağlar. Soğuk çaya bir parça şeker koyarsanız, bardağın dibinde yavaş yavaş kalın bir şurup oluşacaktır. Çıplak gözle görülebilir. Bir süre sonra şurup, sıvının hacmi boyunca eşit olarak dağılacak ve artık görünmeyecektir. Bu süreç kendiliğinden ilerler ve çözelti bileşenlerinin karıştırılmasını içermez. Benzer şekilde, parfüm kokusu odaya yayılır.
Yukarıdaki deneyler, difüzyonun bir maddenin moleküllerinin diğerine kendiliğinden nüfuz etme süreci olduğunu göstermektedir. Maddenin yayılması, yerçekiminin varlığına rağmen her yöne gerçekleşir. Böyle bir süreç, maddenin moleküllerinin sürekli hareketinin doğrudan doğrulanmasıdır.
Böylece, yukarıdaki örnekte, sıvının hacmi boyunca organik madde moleküllerinin düzgün bir dağılımının eşlik ettiği şeker ve su moleküllerinin difüzyonu gerçekleştirilir.
Deneyler, sadece sıvılarda değil, gaz halindeki maddelerde de difüzyonu tespit etmeyi mümkün kılar. Örneğin, terazilere eter buharlı bir kap takabilirsiniz. Yavaş yavaş, bardaklar dengeye gelecek, ardından eter bardağı daha ağır olacaktır. Bu fenomenin nedeni nedir?
Zamanla eter molekülleri hava parçacıklarıyla karışır ve odada belirli bir koku hissedilmeye başlar. Bir lise fizik dersinde, bir öğretmenin bir potasyum permanganat tanesini (potasyum permanganat) suda çözdüğü bir deney düşünülür. İlk başta, tahıl hareketinin net bir yörüngesi görülebilir,ancak yavaş yavaş tüm çözüm tek tip bir gölge elde eder. Öğretmen deneye dayanarak difüzyonun özelliklerini açıklar.
Sıvılarda işlemin hızını etkileyen faktörleri belirlemek için farklı sıcaklıklarda su kullanabilirsiniz. Sıcak bir sıvıda, moleküllerin karşılıklı karışma süreci çok daha hızlı gözlenir, bu nedenle sıcaklık değeri ile difüzyon hızı arasında doğrudan bir ilişki vardır.
Sonuç
Gazlar, sıvılar ve katılarla yapılan deneyler, fizik yasalarını formüle etmeyi, bireysel nicelikler arasındaki ilişkiyi kurmayı mümkün kılar.
Deneyler sonucunda bir maddenin parçacıklarının diğerine karşılıklı nüfuz etme mekanizması kurulmuş, hareketlerinin kaotik doğası kanıtlanmıştır. Ampirik olarak, difüzyonun gaz halindeki maddelerde en hızlı gerçekleştiği bulundu. Yaban hayatı için büyük önem taşıyan bu işlem bilim ve teknolojide kullanılmaktadır.
Bu fenomen sayesinde dünya atmosferinin homojen bileşimi korunur. Aksi takdirde, troposferin ayrı gaz halinde maddeler halinde tabakalaşması gözlemlenecek ve solunum için uygun olmayan ağır karbondioksit gezegenimizin yüzeyine en yakın olacaktır. Neye yol açardı? Yaban hayatı basitçe yok olurdu.
Difüzyonun bitki dünyasındaki rolü de harika. Ağaçların yemyeşil taçları, yaprakların yüzeyindeki difüzyon değişimi ile açıklanabilir. Sonuç olarak, sadece nefes almakla kalmaz, aynı zamanda ağacın beslenmesi de gerçekleşir. Şu anda tarımdataçların özel kimyasal bileşiklerle püskürtülmesini içeren çalıların ve ağaçların yapraktan beslenmesi kullanılır.
Bitkinin besinleri topraktan alması difüzyon sırasındadır. Canlı organizmalarda meydana gelen fizyolojik süreçler de bu fenomenle ilişkilidir. Örneğin, difüzyon olmadan tuz dengesi imkansızdır. Bu tür işlemler, göllere ve nehirlere oksijen sağlanmasında büyük önem taşır. Gaz, rezervuarın derinliklerine tam olarak difüzyon yoluyla girer. Böyle bir süreç olmasaydı, rezervuarın içindeki yaşam sona ererdi.
Bir kişinin kendisini çeşitli hastalıkların patojenlerinden korumasına ve refahı iyileştirmesine izin veren ilaçların alımı da difüzyona dayanır. Bu fenomen metallerin kaynağında, pancar cipslerinden şeker suyu üretiminde ve şekerlemelerin hazırlanmasında kullanılır. Difüzyonun kullanılmadığı böyle bir modern endüstri dalı bulmak zordur.
