Oglašavanje na portalu

Definicija riječi difuzija u biologiji. Difuzija u biologiji zacjeljivanja rana. Difuzija u biljnom carstvu

V školski program u predmetu fizike (otprilike u sedmom razredu) učenici će naučiti da je difuzija proces koji predstavlja međusobno prodiranje čestica jedne tvari između čestica druge tvari, uslijed čega se koncentracije izjednačavaju u cijeloj zauzetoj zapremini. Ovo je prilično teška definicija za razumjeti. Da bismo razumjeli što je jednostavna difuzija, zakon difuzije, njegova jednadžba, potrebno je detaljno proučiti materijale o ovim pitanjima. Međutim, ako je opća ideja dovoljna za osobu, onda će podaci u nastavku pomoći u stjecanju elementarnog znanja.

Fizički fenomen - šta je to

Zbog činjenice da mnogi ljudi brkaju ili uopšte ne znaju šta je fizička pojava i po čemu se razlikuje od hemijske, kao i kojoj vrsti pojava pripada difuzija, neophodno je razumeti šta je to fizička pojava. Dakle, kao što je svima poznato, fizika je samostalna nauka koja pripada oblasti prirodnih nauka, koja proučava opšte prirodne zakone o strukturi i kretanju materije, a takođe proučava i samu materiju. U skladu s tim, fizički fenomen je takav fenomen, uslijed kojeg se ne stvaraju nove tvari, već samo dolazi do promjene strukture tvari. Razlika između fizičkog i hemijskog fenomena leži upravo u tome što se kao rezultat ne dobijaju nove supstance. Dakle, difuzija je fizički fenomen.

Definicija pojma difuzija

Kao što znate, može postojati mnogo formulacija pojma, ali opšte značenje ne bi trebalo da se menja. I difuzija nije izuzetak. Generalizirana definicija je sljedeća: difuzija je fizička pojava, koja predstavlja međusobno prodiranje čestica (molekula, atoma) dvije ili više tvari do jednolike distribucije po cijelom volumenu koji te tvari zauzimaju. Kao rezultat difuzije ne nastaju nove tvari, pa se radi upravo o fizičkom fenomenu. Jednostavna difuzija naziva se difuzija, zbog koje se čestice kreću iz područja najveće koncentracije u područje niže koncentracije, što je posljedica toplinskog (haotičnog, Brownovog) kretanja čestica. Drugim riječima, difuzija je proces miješanja čestica različitih tvari, a čestice se ravnomjerno raspoređuju po volumenu. Ovo je vrlo pojednostavljena definicija, ali najrazumljivija.

Vrste difuzije

Difuzija se može fiksirati kako pri posmatranju gasovitih i tečnih materija, tako i čvrstih. Stoga uključuje nekoliko vrsta:

  • Kvantna difuzija je proces difuzije čestica ili točkastih defekata (lokalni poremećaji u kristalnoj rešetki tvari), koji se odvija u čvrstim tijelima. Lokalna kršenja su kršenja u određenoj tački kristalne rešetke.

  • Koloidno - difuzija koja se javlja kroz čitav volumen koloidnog sistema. Koloidni sistem je medij u kojem su raspoređene čestice, mjehurići, kapljice drugog medija, koji se po agregatnom stanju i sastavu razlikuju od prvog. Takvi sistemi, kao i procesi koji se u njima odvijaju, detaljno se proučavaju u koloidnoj hemiji.
  • Konvektivna - prijenos mikročestica jedne tvari makročesticama medija. Posebna grana fizike koja se zove hidrodinamika bavi se proučavanjem kretanja kontinuiranih medija. Odatle možete dobiti znanje o stanjima toka.
  • Turbulentna difuzija je proces prenošenja jedne supstance u drugu, usled turbulentnog kretanja druge supstance (tipično za gasove i tečnosti).

Potvrđuje se izjava da se difuzija može odvijati kako u plinovima i tekućinama, tako iu čvrstim tvarima.

Šta je Fikov zakon?

Njemački naučnik, fizičar Fick, izveo je zakon koji pokazuje ovisnost gustine fluksa čestica kroz jedno područje od promjene koncentracije supstance po jedinici dužine. Ovaj zakon je zakon difuzije. Zakon se može formulisati na sljedeći način: tok čestica, koji je usmjeren duž ose, proporcionalan je derivaciji broja čestica u odnosu na varijablu ucrtanu duž ose u odnosu na koju je smjer toka čestica odlučan. Drugim riječima, tok čestica koje se kreću u smjeru ose je proporcionalan derivaciji broja čestica u odnosu na promjenjivu, koja je ucrtana duž iste ose kao i tok. Fikov zakon vam omogućava da opišete proces prenosa materije u vremenu i prostoru.

Jednačina difuzije

Kada su tokovi prisutni u tvari, sama supstanca se redistribuira u prostoru. U tom smislu, postoji nekoliko jednačina koje opisuju ovaj proces preraspodjele sa makroskopske tačke gledišta. Jednačina difuzije je diferencijalna. To proizilazi iz opšte jednačine za prenos materije, koja se još naziva i jednačina kontinuiteta. U prisustvu difuzije koristi se Fikov zakon, koji je gore opisan. Jednačina ima sljedeći oblik:

dn/dt=(d/dx)*(D*(dn/dx)+q.

Metode difuzije

Metoda difuzije, odnosno način njene implementacije u čvrste materijale, uveliko se koristi posljednjih godina. To je zbog prednosti metode, od kojih je jedna jednostavnost korištene opreme i samog procesa. Suština metode difuzije iz čvrstih izvora je taloženje filmova dopiranih jednim ili više elemenata na poluvodiče. Postoji nekoliko drugih metoda za implementaciju difuzije, pored metode čvrstog izvora:

  • u zatvorenom volumenu (metoda ampule). Minimalna toksičnost je prednost metode, ali njena visoka cijena, zbog jednokratnosti ampule, predstavlja značajan nedostatak;
  • u otvorenom volumenu (termalna difuzija). Isključena je mogućnost upotrebe mnogih elemenata zbog visokih temperatura, a bočna difuzija su veliki nedostaci ove metode;
  • u djelimično zatvorenom volumenu (metoda kutije). Ovo je srednja metoda između dvije gore opisane.

Da bismo saznali više o metodama i karakteristikama difuzije, potrebno je proučiti dodatnu literaturu koja je posebno posvećena ovim pitanjima.

U članku je prikazana uloga difuznih procesa u ranama zašivenim na tradicionalan način i na način koji predlažu autori. Teorijski je obrazloženo poboljšanje difuznih procesa u ranama u liječenju hardverskom metodom.

Problem zacjeljivanja rana različite etiologije jedna je od glavnih grana medicine koja u današnje vrijeme nije izgubila na značaju. Liječenje ove patologije u najkraćem mogućem roku bez gnojnih komplikacija moguće je samo uz dovoljnu opskrbu medicinskih ustanova savremenim efikasnim lijekovima za zacjeljivanje rana.

U procesu rane, lokalna i opća reakcija tijela direktno ovisi o težini i karakteristikama oštećenja tkiva i organa. Lokalni i opšti reaktivni procesi tokom procesa regeneracije su u direktnom i inverznom odnosu, međusobno zavisni i međusobno utičući. Osnova zacjeljivanja rana je sposobnost kontrole toka procesa rane. Ovaj problem je uvek u vidnom polju naučnika i hirurga.

Veliki broj korištenih metoda liječenja rana pripada farmakološkoj grupi. Istovremeno je predložen veliki broj tehničkih uređaja za liječenje rana. Međutim, najčešća metoda šivanja rana je kružni vertikalni šav.

Ljudska koža, sastavljena od proteina kolagena, idealna je prirodna membrana koja obavlja brojne metaboličke i zaštitne funkcije. Ovi procesi su uglavnom posljedica difuzije. Difuzija (od latinskog diffusio - širenje, širenje), međusobno prodiranje susednih supstanci jedna u drugu usled kretanja čestica supstance.

Difuzija je proces na molekularnom nivou i određen je slučajnom prirodom kretanja pojedinačnih molekula. Brzina difuzije je stoga proporcionalna prosječnoj brzini molekula. Difuzija se odvija u smjeru smanjenja koncentracije tvari i dovodi do ujednačene raspodjele tvari po cijelom volumenu koji zauzima (do izjednačavanja kemijskog potencijala tvari).

Uloga difuznih procesa u patogenezi i liječenju procesa rana je vrlo velika. Tako, na primjer, kod transplantacije kože debljina režnjeva igra veliku ulogu u zacjeljivanju opekotina, jer ima pozitivan učinak na difuzne procese između transplantata i površine rane.

Međutim, značaj difuznih procesa u rani praktički nije proučavan. Rubovi rane su provodni sistemi u kojima bi se u normalnim uvjetima trebali odvijati difuzni procesi. Ovaj proces je shematski prikazan na slici 1.

Šematski crtež pokazuje da hirurška rana (1), zašivena tradicionalnim kružnim vertikalnim šavovima prema klasifikaciji Golikov A.N., ima određene nedostatke. Hirurški šav (2), koji je sredstvo za približavanje ivicama rane, obezbeđuje potpunu ishemiju (5) tkiva, što dovodi do stvaranja „tihih područja“ za prolazak difuznih procesa, što dovodi do deformacije (4 ) vektora difuzije (3). Kao rezultat toga, tradicionalno korišteni kirurški šav dovodi do vještačkog formiranja područja tkiva koja nisu uključena u procese regeneracije. Štoviše, u nepovoljnim slučajevima, ovi "defekti tkiva" su izvori stvaranja žarišta zaraznog procesa. Jer, na kraju, tkivo, lišeno pristupa hranjivim materijama, kiseonikom i sl., postaje nekrotizirano, što završava stvaranjem ožiljka. Inače, nekrotične mase tkiva su povoljne hranljivi medij za patogene.

Bezbednosni dokument Nacionalnog instituta za intelektualnu svojinu Republike Kazahstan broj 13864 od 15.08.2007. je dobijen za hardversku metodu. Glavni princip predložene metode je čvrsto zatvaranje rubova rane jedan prema drugom uz pomoć fizičkih i mehaničkih tehnika. Uz rub rane nanosi se najlonska ribarska konopa dovoljne dužine, stvarajući "ligaturni luk", koji je svojim krajevima fiksiran na krajeve aparata po autorskom dizajnu.

Autorski aparat u sastavljenom obliku ima oblik okvira, u obliku četverouglastog paralelograma, čije su stranice šipke, a krajevi su pokretne šipke smještene i pričvršćene za šipke s dvije matice na oba kraja klinova, Na pokretnim šipkama izbušene su rupe istog prečnika za šipke i ligature za pričvršćivanje navoja (slika 2).


procesi regeneracije. Efikasnost aparaturne metode dokazana je eksperimentalno i klinički.

Dakle, teorijski je predloženo obrazloženje efikasnosti predložene hardverske metode u poređenju sa tradicionalnim metodama šivanja rana. To je zbog povećanja pritiska na područje rane, što (zbog karakteristika dizajna uređaja) dovodi do lokalnog povećanja brzine difuzije.

Književnost

  1. Golikov A.N. Zacjeljivanje granulirajuće rane zatvorene šavovima. - Moskva: 1951. - 160 str.
  2. Waldorf H., Fewres J. Zacjeljivanje rana // Adv. Derm. - 1995. br. 10. - P. 77–96.
  3. Abaturova E.K., Baimatov V.N., Batyrshina G.I. Utjecaj biostimulansa na proces rane // Morfologija. - 2002. - T. 121, br. 2–3. – S.6.
  4. Kočnev O.S., Izmailov G.S. Metode zašivanja rana. - Kazan: 1992. - 160 str.
  5. Kiselev S.I. Vrijednost resursa donorske kože u izboru racionalne hirurške taktike kod pacijenata sa dubokim opekotinama: Sažetak teze. … Kandidat medicinskih nauka. Rjazanj, 1971. 17 str.

Zharalardy emdeu biology syndagy diffusion

Tuyin Makalada ədettegi ədíspen zhane maқala autorlarymen ұsynylyp otyrғan aparati adístíң zhalalardy emdeudegí difuzijski procesor turaly aitylgyn. Zharalarda difuzija procesaterdin apparatty adistin zhaksargany theory zhuzinde daleldip korsetildí.

DIFUZIJA UBIOLOGIJAHealing

Sažetak U članku je prikazana uloga difuznih procesa u ranama zašivenim na tradicionalan način i metodom koju su predložili autori. Difuzni procesi u ranama su teorijski opravdani.

Esirkepov M.M., Nurmashev B.K., Mukanova U.A.

Državna medicinska akademija Južnog Kazahstana, Šimkent

Difuzija

Primjer difuzije je miješanje plinova (na primjer, širenje mirisa) ili tekućina (ako ispustite mastilo u vodu, tekućina će nakon nekog vremena postati jednolično obojena). Drugi primjer je povezan sa čvrstim tijelom: atomi susjednih metala se miješaju na kontaktnoj granici. Difuzija čestica igra važnu ulogu u fizici plazme.

Obično se pod difuzijom podrazumijevaju procesi praćeni prijenosom tvari, međutim, ponekad se difuzijom nazivaju i drugi procesi prijenosa: toplinska provodljivost, viskozno trenje itd.

Brzina difuzije zavisi od mnogo faktora. Dakle, u slučaju metalne šipke, toplotna difuzija se odvija vrlo brzo. Ako je štap napravljen od sintetičkog materijala, termička difuzija se odvija sporo. Difuzija molekula u opštem slučaju teče još sporije. Na primjer, ako se komad šećera spusti na dno čaše vode i voda se ne miješa, bit će potrebno nekoliko sedmica prije nego što otopina postane homogena. Još sporija je difuzija jedne čvrste materije u drugu. Na primjer, ako je bakar presvučen zlatom, tada će doći do difuzije zlata u bakar, ali u normalnim uvjetima (sobna temperatura i atmosferski tlak) sloj koji sadrži zlato će tek nakon nekoliko hiljada godina dostići debljinu od nekoliko mikrona.

Kvantitativni opis procesa difuzije dao je njemački fiziolog A. Fick ( engleski) 1855. godine

opći opis

Sve vrste difuzije podležu istim zakonima. Brzina difuzije je proporcionalna površini poprečnog presjeka uzorka, kao i razlici u koncentracijama, temperaturama ili nabojima (u slučaju relativno malih vrijednosti ovih parametara). Tako će toplota putovati četiri puta brže kroz štap prečnika dva centimetra nego kroz štap prečnika jednog centimetra. Ova toplina će se širiti brže ako je temperaturna razlika po centimetru 10°C umjesto 5°C. Brzina difuzije je također proporcionalna parametru koji karakterizira određeni materijal. U slučaju termičke difuzije, ovaj parametar se naziva toplotna provodljivost, u slučaju toka električnih naboja - električna provodljivost. Količina tvari koja difundira u datom vremenu i udaljenost koju difuzna tvar prijeđe proporcionalni su kvadratnom korijenu vremena difuzije.

Difuzija je proces na molekularnom nivou i određen je slučajnom prirodom kretanja pojedinačnih molekula. Brzina difuzije je stoga proporcionalna prosječnoj brzini molekula. U slučaju plinova, prosječna brzina malih molekula je veća, naime, obrnuto je proporcionalna kvadratnom korijenu mase molekula i raste s porastom temperature. Često se nalaze procesi difuzije u čvrstim materijama na visokim temperaturama praktična upotreba. Na primjer, određeni tipovi katodnih cijevi (CRT) koriste metalni torij difundiran kroz metalni volfram na 2000°C.

Ako je u mješavini plinova masa jednog molekula četiri puta veća od mase drugog, tada se takav molekul kreće dvostruko sporije u odnosu na kretanje u čistom plinu. Shodno tome, njegova brzina difuzije je također niža. Ova razlika u brzinama difuzije između lakih i teških molekula koristi se za odvajanje supstanci različite molekularne težine. Primjer je odvajanje izotopa. Ako se kroz poroznu membranu propušta plin koji sadrži dva izotopa, lakši izotopi prodiru kroz membranu brže od težih. Radi boljeg odvajanja, proces se provodi u nekoliko faza. Ovaj proces se naširoko koristi za odvajanje izotopa uranijuma (odvajanje 235 U od većine 238 U). Budući da je ova metoda separacije energetski intenzivna, razvijene su druge, ekonomičnije metode odvajanja. Na primjer, upotreba toplinske difuzije u plinovitom mediju je široko razvijena. Gas koji sadrži mješavinu izotopa stavlja se u komoru u kojoj se održava prostorna temperaturna razlika (gradijent). U ovom slučaju, teški izotopi su koncentrisani tokom vremena u hladnom regionu.

Fickove jednadžbe

Sa stanovišta termodinamike, pokretački potencijal svakog procesa nivelacije je rast entropije. Pri konstantnom pritisku i temperaturi ulogu takvog potencijala igra hemijski potencijal µ , što uzrokuje održavanje toka materije. Tok čestica supstance je proporcionalan gradijentu potencijala

~

U većini praktičnih slučajeva, koncentracija se koristi umjesto hemijskog potencijala C. Direktna zamjena µ na C postaje netačan u slučaju visokih koncentracija, pošto hemijski potencijal prestaje da bude povezan sa koncentracijom prema logaritamskom zakonu. Ako ne uzmemo u obzir takve slučajeve, onda se gornja formula može zamijeniti sljedećim:

što pokazuje da je gustina protoka materije J proporcionalno koeficijentu difuzije D[()] i gradijent koncentracije. Ova jednačina izražava Fikov prvi zakon. Fikov drugi zakon odnosi se na prostorne i vremenske promjene koncentracije (difuziona jednačina):

Koeficijent difuzije D zavisno od temperature. U velikom broju slučajeva, u širokom temperaturnom rasponu, ova zavisnost je Arrheniusova jednačina.

Dodatno polje primijenjeno paralelno s gradijentom hemijskog potencijala prekida stabilno stanje. U ovom slučaju, procesi difuzije su opisani nelinearnom Fokker-Planck-ovom jednačinom. Difuzijski procesi imaju veliki značaj u prirodi:

  • Prehrana, disanje životinja i biljaka;
  • Prodiranje kiseonika iz krvi u ljudska tkiva.

Geometrijski opis Fickove jednadžbe

U drugoj Fickovoj jednačini, na lijevoj strani je brzina promjene koncentracije tokom vremena, a na desnoj strani jednačine je drugi parcijalni izvod, koji izražava prostornu raspodjelu koncentracije, posebno konveksnost temperature. funkcija distribucije projektovana na x-osu.

vidi takođe

  • Površinska difuzija je proces povezan s kretanjem čestica koje se dešava na površini kondenzovanog tijela unutar prvog površinskog sloja atoma (molekula) ili preko ovog sloja.

Bilješke

Književnost

  • Bokshtein B.S. Atomi lutaju kroz kristal. - M.: Nauka, 1984. - 208 str. - (Biblioteka "Kvant", br. 28). - 150.000 primjeraka.

Linkovi

  • Difuzija (video lekcija, program za 7. razred)
  • Difuzija atoma nečistoća na površini jednog kristala

Wikimedia fondacija. 2010 .

Sinonimi:

Pogledajte šta je "Difuzija" u drugim rječnicima:

    - [lat. diffusio distribucija, širenje] fizički, hemijski. prodiranje molekula jedne supstance (gas, tečnost, čvrsta) u drugu pri njihovom direktnom kontaktu ili kroz poroznu pregradu. Rječnik stranih riječi. Komlev N.G.,… … Rečnik stranih reči ruskog jezika

    Difuzija- je prodiranje u medij čestica jedne supstance čestica druge supstance, koje nastaje kao rezultat toplotnog kretanja u pravcu smanjenja koncentracije druge supstance. [Blum E.E. Rječnik osnovnih metalurških pojmova. Jekaterinburg… Enciklopedija pojmova, definicija i objašnjenja građevinskih materijala

    Moderna enciklopedija

    - (od latinskog diffusio širenje širenje, raspršivanje), kretanje čestica medija, koje dovodi do prijenosa materije i poravnanja koncentracija ili do uspostavljanja ravnotežne raspodjele koncentracija čestica date vrste u mediju. U nedostatku…… Veliki enciklopedijski rječnik

    DIFUZIJA, kretanje tvari u smjesi iz područja visoke koncentracije u područje niske koncentracije uzrokovano nasumičnim kretanjem pojedinačnih atoma ili molekula. Difuzija prestaje kada gradijent koncentracije nestane. Brzina… … Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik

    difuziju- i dobro. difuzija f., njemački. Difuzija lat. diffusio širenje, širenje. Uzajamno prodiranje susjednih supstanci jedna u drugu zbog toplinskog kretanja molekula i atoma. Difuzija gasova, tečnosti. BAS 2. || trans. Oni… … Istorijski rečnik galicizama ruskog jezika

    Difuzija- (od latinskog diffusio distribucija, širenje, raspršivanje), kretanje čestica medija, koje dovodi do prenošenja materije i usklađivanja koncentracija ili uspostavljanja njihove ravnotežne distribucije. Difuzija se obično određuje toplinskim kretanjem ... ... Ilustrovani enciklopedijski rječnik

    Kretanje čestica u smjeru smanjenja njihove koncentracije, zbog toplinskog kretanja. D. dovodi do usklađivanja koncentracija difuzne supstance i ravnomernog punjenja zapremine česticama. Geološka enciklopedija

Tekst rada je postavljen bez slika i formula.
Puna verzija rada dostupna je na kartici "Datoteke poslova" u PDF formatu

Uvod

Relevantnost rada. Difuzija je fundamentalni fenomen prirode. Ona je u osnovi transformacija materije i energije. Njegove manifestacije se odvijaju na svim nivoima organizacije prirodnih sistema na našoj planeti, počevši od nivoa elementarnih čestica, atoma i molekula, pa do geosfere. Široko se koristi u inženjerstvu Svakodnevni život.

Suština difuzije je kretanje čestica medija koje dovodi do prijenosa tvari i izjednačavanja koncentracija ili uspostavljanja ravnotežne raspodjele čestica date vrste u mediju. Difuzija molekula i atoma je posljedica njihovog toplinskog kretanja.

Difuzija je takođe fundamentalni proces koji je u osnovi funkcionisanja živih sistema na bilo kom nivou organizacije, od nivoa elementarnih čestica (elektronska difuzija) do nivoa biosfere (kruženje supstanci u biosferi).

Ima ogromnu ulogu u prirodi, ljudskom životu i tehnologiji. Procesi difuzije mogu imati i pozitivne i negativne efekte na život ljudi i životinja. Primjer pozitivnog utjecaja je održavanje homogenog sastava atmosferskog zraka u blizini površine Zemlje. Difuzija igra važnu ulogu u različitim oblastima nauke i tehnologije, u procesima koji se odvijaju u živoj i neživoj prirodi. Utiče na tok hemijskih reakcija.

Uz učešće difuzije ili uz narušavanje i promjenu ovog procesa, mogu se javiti negativne pojave u prirodi i životu čovjeka, kao što je ekstenzivno zagađivanje životne sredine produktima tehničkog napretka čovjeka.

Cilj: Proučiti karakteristike difuzije u plinovima, tekućinama i čvrstim tvarima i otkriti upotrebu difuzije od strane čovjeka i manifestaciju difuzije u prirodi, razmotriti utjecaj difuzijskih procesa na ekološku ravnotežu u prirodi i utjecaj čovjeka na difuziju procesi.

Suština difuzije

Pokazuje difuziju gasova prskanjem dezodoransa u uglu učionice. Širenje mirisa objašnjava se kretanjem molekula. Ovaj pokret je kontinuiran i nepravilan. Sudarajući se s molekulima plinova koji čine zrak, molekuli dezodoransa mijenjaju smjer svog kretanja mnogo puta i, krećući se nasumično, raspršuju se po prostoriji.

Proces prodiranja čestica (molekula, atoma, jona) jedne tvari između čestica druge tvari uslijed haotičnog kretanja naziva se difuziju(od lat. diffusio - širenje, širenje, rasipanje). Dakle, difuzija je rezultat haotičnog kretanja svih čestica materije, bilo kakvog mehaničkog djelovanja.

Kretanje čestica tokom difuzije je potpuno nasumično, svi pravci pomeranja su podjednako verovatni,

Pošto se čestice kreću u gasovima, tečnostima i čvrstim materijama, difuzija je moguća u ovim supstancama. Difuzija je prijenos materije zbog spontanog poravnanja nehomogene koncentracije atoma ili molekula različitih tipova. Ako se u posudu puste dijelovi raznih plinova, onda se nakon nekog vremena svi plinovi ravnomjerno miješaju: broj molekula svake vrste po jedinici volumena posude postaje konstantan, koncentracija se izjednačava.Difuzija se objašnjava na sljedeći način. Prvo, između dva tijela, jasno je vidljiva granica između dva medija (slika 1a). Zatim, zbog njihovog kretanja, pojedine čestice tvari koje se nalaze u blizini granice razmjenjuju mjesta.

Granica između supstanci je zamagljena (slika 1b). Prodirući između čestica druge supstance, čestice prve počinju da zamenjuju mesta sa česticama druge, koje se nalaze u sve dubljim slojevima. Interfejs između supstanci postaje još nejasniji. Zbog kontinuiranog i nasumičnog kretanja čestica, ovaj proces na kraju dovodi do činjenice da otopina u posudi postaje homogena (slika 1c).

Fig.1. Objašnjenje fenomena difuzije.

Difuzija u prirodi

Uz pomoć difuzije, razne plinovite tvari se šire u zraku: na primjer, dim vatre širi se na velike udaljenosti.

Rezultat ove pojave može biti izjednačavanje temperature u prostoriji tokom ventilacije. Na isti način dolazi do zagađenja zraka štetnim industrijskim proizvodima i izduvnim plinovima vozila. Prirodni zapaljivi plin koji koristimo kod kuće je bezbojan i bez mirisa. U slučaju curenja, nemoguće ga je primijetiti, stoga se na distributivnim stanicama plin miješa sa posebnom tvari koja ima oštar, neugodan miris koji osoba lako osjeti.

Zbog fenomena difuzije, donji sloj atmosfere - troposfera - sastoji se od mješavine plinova: dušika, kisika, ugljen-dioksid i vodene pare. U nedostatku difuzije došlo bi do raslojavanja pod djelovanjem gravitacije: na dnu bi bio sloj teškog ugljičnog dioksida, iznad njega - kisika, iznad - dušika - inertnih plinova.

Na nebu takođe posmatramo ovu pojavu. Raštrkani oblaci su takođe primer difuzije, a kako je tačno o tome rekao F. Tjučev: "Oblaci se tope na nebu..."

U tečnostima, difuzija se odvija sporije nego u gasovima, ali se ovaj proces može ubrzati zagrevanjem. Na primjer, da bi se krastavci brzo ukiselili, preliju se vrućim salamurim. Znamo da se šećer sporije rastvara u hladnom nego u toplom čaju.

Ljeti, gledajući mrave, uvijek sam razmišljao o tome kako oni, u svijetu koji je za njih ogroman, pronalaze put kući. Ispostavilo se da ovu misteriju otvara i fenomen difuzije. Mravi označavaju svoj put kapljicama tečnosti sa mirisom.

Zahvaljujući difuziji, insekti pronalaze svoju hranu. Leptiri, lepršajući između biljaka, uvijek nađu put do prekrasnog cvijeta. Pčele, nakon što pronađu slatki predmet, jurišaju na njega svojim rojem.

I biljka raste, cvjeta i za njih, zahvaljujući difuziji. Uostalom, kažemo da biljka udiše i izdiše zrak, pije vodu i prima razne mikroaditive iz tla.

Mesojedi također pronalaze svoj plijen difuzijom. Morski psi osjećaju miris krvi na udaljenosti od nekoliko kilometara, kao i ribu piranu.

Ekologija životne sredine se pogoršava zbog emisije u atmosferu, u vode hemijskih i drugih štetnih materija, a to se sve širi i zagađuje ogromna područja. Ali drveće oslobađa kisik i apsorbira ugljični dioksid kroz difuziju.

Miješanje se zasniva na principu difuzije svježa voda sa solju na ušću rijeka u more. Difuzija rastvora različitih soli u tlu doprinosi normalnoj ishrani biljaka.

U svim navedenim primjerima uočavamo međusobno prodiranje molekula tvari, tj. difuziju. Na ovom procesu zasnivaju se mnogi fiziološki procesi u ljudskom i životinjskom organizmu: kao što su disanje, apsorpcija itd. Generalno, difuzija je od velikog značaja u prirodi, ali je i ova pojava štetna u odnosu na zagađenje životne sredine.

2.1 Difuzija u biljnom svijetu

K.A. Timirjazev je rekao: „Bilo da govorimo o ishrani korena usled supstanci u zemljištu, da li govorimo o ishrani listova vazduha usled atmosfere ili o ishrani jednog organa usled drugog, susednog, svuda gde ćemo pribjegavajte istim razlozima za objašnjenje. : difuzija".

Zaista, uloga difuzije je veoma važna u biljnom carstvu. Na primjer, veliki razvoj lisne krošnje drveća objašnjava se činjenicom da difuzijska izmjena kroz površinu lišća obavlja ne samo funkciju disanja, već dijelom i ishranu. Trenutno se široko praktikuje folijarna prihrana voćaka prskanjem njihovih krošnji.

Difuzni procesi igraju važnu ulogu u opskrbi prirodnih vodnih tijela i akvarija kisikom. Kiseonik ulazi u dublje slojeve vode u stajaćim vodama zbog difuzije kroz njihovu slobodnu površinu. Stoga su bilo kakva ograničenja na slobodnoj površini vode nepoželjna. Tako, na primjer, lišće ili patka koja pokriva površinu vode može potpuno zaustaviti pristup kisiku vodi i dovesti do smrti njenih stanovnika. Iz istog razloga, posude uskog grla nisu prikladne za korištenje kao akvarij.

U procesu metabolizma, kada se složeni nutrijenti ili njihovi elementi razgrađuju na jednostavnije, oslobađa se energija neophodna za život organizma.

2.2 Uloga difuzije u ishrani biljaka.

Glavnu ulogu u procesima difuzije u živim organizmima imaju stanične membrane koje imaju selektivnu propusnost. Prolazak tvari kroz membranu ovisi o:

Veličine molekula;

Električni naboj;

Od prisustva i broja molekula vode;

Od rastvorljivosti ovih čestica u mastima;

Iz strukture membrane.

Postoje dva oblika difuzije: a) dijaliza je difuzija molekula otopljene tvari; b) osmoza je difuzija rastvarača kroz polupropusnu membranu. Rastvori u zemljištu sadrže mineralne soli i organska jedinjenja. Voda iz tla osmozom ulazi u biljku kroz polupropusne membrane korijenskih dlačica. Koncentracija vode u tlu je veća nego unutar korijenskih dlačica, pa dolazi do difuzije iz zone sa višom koncentracijom u zonu sa nižom koncentracijom. Tada koncentracija vode u ovim ćelijama postaje veća nego u gornjim - nastaje pritisak korena, izazivajući uzlazni tok soka kroz koren i stabljiku, a gubitak vode listovima obezbeđuje dalju apsorpciju vode.

Mineralne materije ulaze u biljku: a) difuzijom; b) ponekad aktivnim prijenosom protiv gradijenta koncentracije, praćen potrošnjom energije. Postoje također turgorski pritisak je pritisak koji vrši sadržaj ćelije na ćelijski zid. On je skoro uvek niži od osmotskog pritiska ćelije soka, jer. vani nije čista voda, već fiziološki rastvor. Vrijednost turgorskog pritiska:

Očuvanje oblika biljnog organizma;

Osiguravanje rasta mladih biljnih stanica;

Očuvanje elastičnosti biljaka (demonstracija biljaka kaktusa i aloje);

Oblikovanje u nedostatku armature (demonstracija paradajza);

Primjena difuzije u medicini.

Prije više od 30 godina njemački doktor William Kolf koristio je aparat za "vještački bubreg". Od tada se koristi: za hitnu hroničnu pomoć kod akutne intoksikacije; pripremiti pacijente s kroničnim zatajenjem bubrega za transplantaciju bubrega; za dugotrajno (10-15 godina) održavanje života pacijenata sa hroničnom bolešću bubrega.

Upotreba aparata "vještački bubreg" postaje sve više terapijska procedura, uređaj se koristi i u klinici i kod kuće. Uz pomoć uređaja, primalac je pripremljen za prvu uspješnu transplantaciju bubrega u svijetu, koju je 1965. godine izveo akademik B.V. Petrovsky.

Uređaj je hemodijalizator u kojem je krv u kontaktu sa fiziološkom otopinom kroz polupropusnu membranu. Zbog razlike u osmotskim pritiscima, joni i molekuli metaboličkih produkata (urea, mokraćna kiselina), kao i razne toksične tvari koje treba ukloniti iz tijela, prolaze kroz membranu iz krvi u fiziološki rastvor. Aparat je sistem ravnih kanala razdvojenih tankim celofanskim membranama, kroz koje se krv i dijalizat polako kreću u protivtokovima - fiziološki rastvor obogaćen gasnom mešavinom CO 2 + O 2. Aparat je povezan sa krvožilnim sistemom pacijenta pomoću katetera umetnuti u dijalizat) i ulnarnu (izlaznu) venu. Dijaliza traje 4-6 sati čime se postiže prečišćavanje krvi od azotnih otpadaka u slučaju nedovoljne funkcije bubrega, tj. hemija krvi je regulisana.

Nastavnik biologije: Sledeća poruka će vam pomoći da razumete i razumete oblike difuzije, osmoze i dijalize.

Primjena difuzije u tehnologiji iu svakodnevnom životu

Difuzija nalazi široku primjenu u industriji i svakodnevnom životu. Difuzijsko zavarivanje metala zasniva se na fenomenu difuzije. Metoda difuzijskog zavarivanja bez upotrebe lemova, elektroda i fluksa povezuje metale, nemetale, metale i nemetale, plastiku. Dijelovi se stavljaju u zatvorenu komoru za zavarivanje sa jakim vakuumom, stisnu i zagriju na 800 stepeni. U ovom slučaju dolazi do intenzivne međusobne difuzije atoma u površinskim slojevima materijala u kontaktu. Difuzijsko zavarivanje se uglavnom koristi u elektronskoj i poluvodičkoj industriji, preciznom inženjerstvu.

Difuzijski aparat se koristi za ekstrakciju rastvorljivih materija iz čvrstog mlevenog materijala. Ovakvi aparati se uglavnom koriste u proizvodnji šećerne repe, gdje se iz iverja zagrijane sa vodom dobijaju šećerni sok.

Bitnu ulogu u radu nuklearnih reaktora igra difuzija neutrona, odnosno širenje neutrona u materiji, praćeno višestrukom promjenom smjera i brzine njihovog kretanja kao rezultat sudara s atomskim jezgrama. Difuzija neutrona u mediju slična je difuziji atoma i molekula u plinovima i podliježe istim zakonima.

Kao rezultat difuzije nosača u poluvodičima nastaje električna struja.Pokret nosilaca naboja u poluvodičima je zbog nehomogenosti njihove koncentracije. Za stvaranje, na primjer, poluvodičke diode, indij se topi u jednu od površina germanija. Zbog difuzije atoma indija duboko u monokristal germanija, u njemu se formira p-n prijelaz kroz koji može teći značajna struja uz minimalni otpor.

Fenomen difuzije se zasniva na procesu metalizacije - pokrivanju površine predmeta slojem metala ili legure da bi mu se dale fizičke, hemijske i mehaničke osobine, različite od svojstava materijala koji se metalizuje. Koristi se za zaštitu proizvoda od korozije, habanja, povećanje kontaktne električne vodljivosti, u dekorativne svrhe, na primjer, naugljičenje se koristi za povećanje tvrdoće i toplinske otpornosti čeličnih dijelova. Sastoji se od toga da se čelični dijelovi stavljaju u kutiju s grafitnim prahom, koja se ugrađuje u termičku peć. Zbog difuzije, atomi ugljika prodiru u površinski sloj dijelova. Dubina prodiranja zavisi od temperature i vremena izlaganja delova u termalnoj peći.

Ljudski uticaj na tok difuzije u prirodi.

Nažalost, kao rezultat razvoja ljudske civilizacije, postoji negativan uticaj na prirodu i procese koji se u njoj odvijaju. Proces difuzije igra važnu ulogu u zagađivanju rijeka, mora i okeana. Na primjer, možete biti sigurni da će deterdženti ispušteni u kanalizaciju, na primjer, u Odesi, završiti uz obalu Turske zbog difuzije i postojećih struja. Godišnje ispuštanje industrijskih i kućnih otpadnih voda u svijetu procjenjuje se na desetine triliona tona. Primjer negativnog utjecaja čovjeka na procese difuzije u prirodi su nesreće velikih razmjera koje su se dogodile u slivovima različitih vodnih tijela. Kao rezultat ovog fenomena, ulje i proizvodi njegove prerade šire se po površini vode i kao rezultat toga se poremete procesi difuzije, na primjer: kisik ne ulazi u vodeni stupac, a ribe umiru bez kisika.

Zbog fenomena difuzije, zrak se zagađuje otpadom iz raznih tvornica, zbog čega štetni ljudski otpad prodire u tlo, vodu, a zatim štetno djeluje na život i funkcioniranje životinja i biljaka. Povećava se površina zemljišta zagađenog emisijama iz industrijskih preduzeća itd. Preko 2.000 hektara zemlje zauzimaju deponije industrijskog i kućnog otpada. Jedno od trenutno teških pitanja za rješavanje je pitanje zbrinjavanja industrijskog otpada, uključujući i toksični.

Hitan problem je zagađenje vazduha izduvnim gasovima, proizvodima prerade štetnih materija koje u atmosferu emituju razne fabrike. Dimnjaci preduzeća emituju u atmosferu ugljen-dioksid, azotne okside i sumpor. Trenutno ukupna količina emisije gasova u atmosferu prelazi 40 milijardi tona godišnje. Višak ugljičnog dioksida u atmosferi opasan je za živi svijet Zemlje, remeti kruženje ugljika u prirodi i dovodi do stvaranja kiselih kiša. Proces difuzije igra važnu ulogu u zagađivanju rijeka, mora i okeana. Godišnje ispuštanje industrijskih i kućnih otpadnih voda u svijetu iznosi oko 10 triliona tona.

Neka medicinska istraživanja su pokazala vezu između incidencije respiratornog sistema i gornjih disajnih puteva i stanja vazduha. Postoji direktna veza između indikatora nivoa respiratornih bolesti i količine emisije štetnih materija u atmosferu. Ovi primjeri difuzije imaju štetan učinak na različite procese koji se odvijaju u prirodi.

Zagađenje vodnih tijela dovodi do toga da u njima nestaje života, a voda koja se koristi za piće mora biti pročišćena, što je vrlo skupo. Osim toga, u zagađenoj vodi se javljaju kemijske reakcije uz oslobađanje topline. Temperatura vode raste, dok se sadržaj kiseonika u vodi smanjuje, što je loše za vodene organizme. Zbog porasta temperature vode mnoge rijeke sada ne zamrzavaju zimi. Za smanjenje emisije štetnih plinova iz industrijskih cijevi, cijevi termoelektrana ugrađuju se posebni filteri. Takvi filteri se instaliraju, na primjer, u termoelektrani u Lenjinskom okrugu u Čeljabinsku, ali je njihova instalacija vrlo skupa. Da bi se spriječilo zagađenje vodnih tijela, potrebno je osigurati da smeće, otpad od hrane, stajnjak, razne vrste hemikalije.

Razmatrati globalno zagrijavanje, važno je istražiti promjenu brzine difuzije u zavisnosti od povećanja temperature okoline.

Eksperimentalni dio.

ja doživljavam. Uočavanje prodora čestica jedne tvari između molekula druge tvari .

Target : proučavati difuziju čvrstih tijela i donijeti zaključak o brzini difuzije.

Uređaji i materijali : želatin, kalijum permanganat, bakar sulfat, Petrijeva posuda, pinceta, uređaj za grijanje.

:

Želatin služi kao čvrsta otopina. Za pripremu rastvora potrebno je 1 kašiku želatina potopiti u hladnu vodu 2 sata da prašak nabubri, zatim zagrejati smesu i rastvoriti želatin bez ključanja, a zatim ga sipati u Petrijinu posudu (Sl. 3. ). Kada se želatin ohladio, u sredinu, brzim pokretom, pincetom je uveden kristal kalijum permanganata u jednu čašu, a u drugu bakar sulfat i sada možemo da posmatramo rezultat difuzije.

Ovdje smo uočili prodiranje čestica kalijum permanganata i bakar sulfata između molekula želatine. Nakon 24 sata nije uočena difuzija kalijum permanganata (slika 4), budući da je kalijum permanganat jako oksidaciono sredstvo.

Dakle, difuzija u čvrstim materijama teče sporije. Ako jaki oksidanti uđu u okolinu, dovode do njenog uništenja.

II iskustvo. Promatranje rastvaranja komada gvaša u vodi, na konstantnoj temperaturi (pri t = 22 °C)

Uzeli su komad narandže gvaša i posudu s čistom vodom na temperaturi od 22 ° C. Stavili su komad gvaša u posudu (slika 1) i počeli da posmatraju šta se dešava. Nakon 10 minuta voda u posudi počinje da prelazi u boju gvaša (čvrsta) (slika 2). Voda je dobar rastvarač. Pod djelovanjem molekula vode razaraju se veze između molekula krutih tvari gvaša. Prošlo je 25 minuta od početka eksperimenta. Boja vode postaje intenzivnija (slika 3). Molekuli vode prodiru između molekula gvaša, razbijajući sile privlačenja. Od početka eksperimenta prošlo je 45 minuta (slika 4). Istovremeno sa silama privlačenja između molekula, počinju djelovati sile odbijanja i, kao rezultat, uništava se kristalna rešetka čvrste tvari (gvaš). Proces rastvaranja gvaša je završen. Trajanje eksperimenta je 2 sata i 50 minuta. Voda je potpuno obojena u boju gvaša.

Dakle, fenomen difuzije je dug proces, koji rezultira rastvaranjem čvrstih materija.

W iskustvo.Proučavanje zavisnosti brzine difuzije od temperature i prodiranja u hranu.

Target : proučavati kako temperatura utiče na brzinu difuzije.

Uređaji i materijali : termometri - 2 kom, sat - 1 kom, staklo - 1 kom, jod, krompir, magnetna mešalica.

Opis iskustva i rezultata : uzeli su čašu, stavili jod u nju i zatvorili čašu s krumpirom prerezanim na pola na t = 22 ° C. Nakon 15 min od početka eksperimenta, proces difuzije nije aktivan. Započeo proces grijanja nakon 4 min. Počeo je proces difuzije, nakon 1 min vidimo prodiranje joda u krompir, nakon 2 min.

Iz ovog iskustva može se zaključiti da na brzinu difuzije utiče temperatura: što je temperatura viša, to je veća brzina difuzije, što negativno utiče na hranu.

Tako se vazduh zagađuje otpadom iz raznih fabrika, izduvni gasovi vozila prodiru u hranu, a zatim štetno utiču na život i funkcionisanje ljudi, životinja i biljaka.

IV iskustvo.Proučavanje zavisnosti brzine difuzije gasovitih materija u vodu pri konstantnoj temperaturi

Target : proučiti brzinu difuzije gasovitih materija u vodu pri konstantnoj temperaturi i izvesti zaključak o brzini difuzije.

Uređaji i materijali : termometri - 1 kom, sat - 1 kom, tikvica - 1 kom, voda, jod.

Opis iskustva i rezultata : U tikvicu je ulivena voda iste mase i iste temperature (22°C), zatim je u drugu tikvicu uliveno biljno ulje (5 ml). Biljno ulje po našem iskustvu imitira ulje. Boce su bile prekrivene ljepljivom trakom sa zalijepljenim jodom. Opservacija je snimljena nakon 45 minuta.

Voda, prekrivena filmom biljnog ulja, vrlo je slabo obojena, može se ocijeniti da je molekulima kisika teže prodrijeti u vodu: ribama i drugim vodenim stanovnicima nedostaje kisika, pa čak mogu i uginuti.

Zaključak : Prisutnost različitih supstanci na površini vode remeti procese difuzije i može dovesti do nepoželjnih ekoloških posljedica.

Zaključak

Vidimo koliki je značaj difuzije u neživoj prirodi, a postojanje živih organizama bilo bi nemoguće da ove pojave ne postoji. Nažalost, moramo se suočiti sa negativnim ispoljavanjem ove pojave, ali pozitivnih faktora ima mnogo više i stoga govorimo o velikom značaju difuzije u prirodi.

Priroda uveliko koristi mogućnosti inherentne procesu difuznog prodiranja, igra važnu ulogu u apsorpciji ishrane i oksigenaciji krvi. U plamenu Sunca, u životu i smrti dalekih zvijezda, u zraku koji udišemo, posvuda vidimo manifestaciju svemoćne i univerzalne difuzije.

Dakle, difuzija je od velike važnosti u životnim procesima ljudi, životinja i biljaka. Zbog difuzije kisik iz pluća prodire u ljudsku krv, a iz krvi u tkiva. Ali, nažalost, ljudi kao rezultat svojih aktivnosti često imaju negativan utjecaj na prirodne procese u prirodi.

Proučavajući difuziju, njenu ulogu u ekološkoj ravnoteži prirode i faktore koji utiču na njen tok u prirodi, došao sam do zaključka da je potrebno skrenuti pažnju javnosti na probleme životne sredine.

Književnost

Alekseev S.V., Gruzdeva M.V., Muravyov A.G., Gushchina E.V. Radionica o ekologiji. M. AO MDS, 1996

Ilchenko V.R. Raskršće fizike, hemije i biologije M: "Prosvetljenje", 1986.

Kirillova I.G. Knjiga za čitanje iz fizike. M. "Prosvjeta", 1986

Peryshkin A.V. Udžbenik fizike 7 razred. M. "Prosvjeta", 2005

Prokhorov A.M. Fizički enciklopedijski rječnik. 1995

Ryzhenkov A.P. fizika. Osoba. Životna sredina. M: Prosvetljenje, 1996

Chuyanov V.A. Enciklopedijski rečnik mladog fizičara. 1999

Šahmajev N.M. i dr. Fizika 7.M.: Mnemozina, 2007.

Enciklopedija za djecu.V.19. Ekologija: U 33 toma / Pogl. ed. Volodin V. A. - M.: Avanta +, 2004. - 448 str.