Difuzija žaizdų gijimo biologijoje. Difuzija: apibrėžimas ir pavyzdžiai išoriniame pasaulyje Sklaidos vaidmuo augalų mityboje

Darbo tekstas skelbiamas be vaizdų ir formulių.
Pilną darbo versiją rasite skirtuke „Darbo failai“ PDF formatu

Įvadas

Darbo aktualumas. Difuzija yra pagrindinis gamtos reiškinys. Tai yra materijos ir energijos transformacijų pagrindas. Jo apraiškos vyksta visuose mūsų planetos gamtinių sistemų organizavimo lygiuose, pradedant elementariųjų dalelių, atomų ir molekulių lygmeniu ir baigiant geosfera. Jis plačiai naudojamas technologijose ir kasdieniame gyvenime.

Difuzijos esmė – terpės dalelių judėjimas, vedantis į medžiagų pernešimą ir koncentracijų išlyginimą arba tam tikro tipo dalelių pusiausvyros pasiskirstymą terpėje. Molekulių ir atomų difuzija vyksta dėl jų šiluminio judėjimo.

Difuzija taip pat yra esminis procesas, kuriuo grindžiamas gyvų sistemų funkcionavimas bet kuriame organizacijos lygmenyje – nuo ​​elementariųjų dalelių lygio (elektronų difuzija) iki biosferos lygio (medžiagų cirkuliacijos biosferoje).

Ji vaidina didžiulį vaidmenį gamtoje, žmonių gyvenime ir technikoje. Difuzijos procesai gali turėti teigiamą ir neigiamą poveikį žmonių ir gyvūnų gyvenimui. Teigiamo poveikio pavyzdys yra vienodos atmosferos oro sudėties palaikymas šalia Žemės paviršiaus. Difuzija vaidina svarbų vaidmenį įvairiose mokslo ir technologijų srityse, gyvojoje ir negyvojoje gamtoje vykstančiuose procesuose. Tai daro įtaką cheminių reakcijų eigai.

Dalyvaujant difuzijai arba kai šis procesas sutrinka ir keičiasi, gali atsirasti neigiamų reiškinių gamtoje ir žmogaus gyvenime, pavyzdžiui, platus aplinkos užteršimas žmogaus techninės pažangos produktais.

Darbo tikslas: Ištirti difuzijos dujose, skysčiuose ir kietose medžiagose ypatumus ir išsiaiškinti, kaip difuziją naudoja žmogus ir kaip difuzijos pasireiškimas gamtoje, nagrinėti difuzijos procesų įtaką ekologinei pusiausvyrai gamtoje ir žmogaus įtaką difuzijos procesams.

Difuzijos esmė

Parodo dujų difuziją, purškiant dezodorantą klasės kampe. Kvapo plitimas paaiškinamas molekulių judėjimu. Šis judėjimas yra nuolatinis ir netvarkingas. Susidurdamos su orą sudarančiomis dujų molekulėmis, dezodoranto molekulės daug kartų keičia savo judėjimo kryptį ir, judėdamos atsitiktinai, išsisklaido po visą patalpą.

Vienos medžiagos dalelių (molekulių, atomų, jonų) prasiskverbimo tarp kitos medžiagos dalelių procesas dėl chaotiško judėjimo vadinamas difuzija(iš lot. diffusio – paskirstymas, sklaidymas, sklaida). Taigi difuzija yra chaotiško visų medžiagos dalelių judėjimo, bet kokio mechaninio veikimo rezultatas.

Dalelių judėjimas difuzijos metu yra visiškai atsitiktinis, visos poslinkio kryptys yra vienodai tikėtinos,

Kadangi dalelės juda dujose, skysčiuose ir kietose medžiagose, šiose medžiagose galima difuzija. Difuzija – tai medžiagos pernešimas, kurį sukelia spontaniškas nevienalytės skirtingų tipų atomų ar molekulių koncentracijos išlyginimas. Jei į indą įleidžiamos porcijos įvairių dujų, tai po kurio laiko visos dujos tolygiai susimaišo: kiekvienos rūšies molekulių skaičius indo tūrio vienete pasidarys pastovus, koncentracija išsilygins.Difuzija paaiškinama taip. Pirma, sąsaja tarp dviejų laikmenų yra aiškiai matoma tarp dviejų kūnų (1a pav.). Tada dėl savo judėjimo atskiros medžiagų dalelės, esančios šalia ribos, apsikeičia vietomis.

Riba tarp medžiagų neryški (1b pav.). Įsiskverbusios tarp kitos medžiagos dalelių, pirmosios dalelės pradeda keistis vietomis su antrosios dalelėmis, esančiomis vis gilesniuose sluoksniuose. Sąsaja tarp medžiagų tampa dar neryškesnė. Dėl nuolatinio ir atsitiktinio dalelių judėjimo šis procesas galiausiai lemia, kad tirpalas inde tampa vienalytis (1c pav.).

1 pav. Sklaidos reiškinio paaiškinimas.

Difuzija gamtoje

Difuzijos pagalba ore pasklinda įvairios dujinės medžiagos: pavyzdžiui, gaisro dūmai pasklinda dideliais atstumais.

Šio reiškinio rezultatas gali būti kambario temperatūros išlyginimas vėdinimo metu. Lygiai taip pat oras užteršiamas kenksmingais pramonės produktais ir transporto priemonių išmetamosiomis dujomis. Namuose naudojamos natūralios degiosios dujos yra bespalvės ir bekvapės. Jei yra nuotėkis, jo pastebėti neįmanoma, todėl skirstymo stotyse dujos sumaišomos su specialia medžiaga, kuri turi aštrų, nemalonų, žmogui lengvai suvokiamą kvapą.

Dėl difuzijos reiškinio apatinis atmosferos sluoksnis – troposfera – susideda iš dujų mišinio: azoto, deguonies, anglies dioksido ir vandens garų. Nesant difuzijos, veikiant gravitacijai atsirastų stratifikacija: apačioje būtų sunkiojo anglies dvideginio sluoksnis, virš jo – deguonies, aukščiau – azoto ir inertinių dujų.

Šį reiškinį stebime ir danguje. Išsisklaidantys debesys taip pat yra difuzijos pavyzdys, ir kaip apie tai tiksliai pasakė F. Tyutchevas: „Danguje tirpsta debesys...“

Skysčiuose difuzija vyksta lėčiau nei dujose, tačiau šį procesą galima paspartinti kaitinant. Pavyzdžiui, norint greitai marinuoti agurkus, jie užpilami karštu sūrymu. Žinome, kad ledinėje arbatoje cukrus ištirps lėčiau nei karštoje.

Vasarą, stebėdamas skruzdėles, visada galvodavau, kaip jos, šiame didžiuliame joms pasaulyje, ras kelią namo. Pasirodo, šią paslaptį atskleidžia ir difuzijos fenomenas. Skruzdėlės savo kelią pažymi kvapnaus skysčio lašeliais

Dėl difuzijos vabzdžiai randa savo maistą. Drugeliai, plazdantys tarp augalų, visada randa kelią į gražią gėlę. Bitės, atradusios saldų daiktą, šturmuoja jį savo spiečiumi.

Ir augalas jiems auga ir žydi dėl difuzijos. Juk sakome, kad augalas kvėpuoja ir iškvepia orą, geria vandenį, iš dirvos gauna įvairių mikropriedų.

Mėsėdžiai taip pat randa savo aukas difuzijos būdu. Rykliai jaučia kraujo kvapą iš kelių kilometrų, kaip ir piranijos žuvys.

Aplinkos ekologija prastėja dėl cheminių ir kitų kenksmingų medžiagų išmetimo į atmosferą, vandenį, o visa tai plinta ir užteršia didžiulius plotus. Tačiau medžiai difuzijos būdu išskiria deguonį ir sugeria anglies dioksidą.

Difuzijos principas pagrįstas gėlo vandens maišymu su sūriu vandeniu upėms įtekėjus į jūras. Įvairių druskų tirpalų difuzija dirvožemyje prisideda prie normalios augalų mitybos.

Visuose pateiktuose pavyzdžiuose stebime medžiagų molekulių tarpusavio prasiskverbimą, t.y. difuzija. Šiuo procesu yra pagrįsti daugelis žmogaus ir gyvūnų organizme vykstančių fiziologinių procesų: tokių kaip kvėpavimas, absorbcija ir kt. Apskritai difuzija gamtoje turi didelę reikšmę, tačiau šis reiškinys yra žalingas ir aplinkos taršos atžvilgiu.

2.1 Sklaida augalų karalystėje

K.A. Timiriazevas sakė: „Nesvarbu, ar mes kalbame apie šaknų mitybą dėl dirvožemyje esančių medžiagų, ar apie lapų maitinimą ore dėl atmosferos, ar apie vieno organo maitinimą kito, kaimyninio, sąskaita. - Visur mes naudosimės tų pačių priežasčių paaiškinimu: sklaida“.

Iš tiesų, augalų pasaulyje difuzijos vaidmuo yra labai svarbus. Pavyzdžiui, puikus medžių lapų vainiko išsivystymas paaiškinamas tuo, kad difuzijos mainai per lapų paviršių atlieka ne tik kvėpavimo, bet iš dalies ir mitybos funkciją. Šiuo metu plačiai praktikuojamas vaismedžių šėrimas lapais purškiant jų vainikus.

Difuziniai procesai atlieka svarbų vaidmenį aprūpinant natūralius rezervuarus ir akvariumus deguonimi. Deguonis pasiekia gilesnius vandens sluoksnius stovinčiame vandenyje dėl difuzijos per laisvą jų paviršių. Todėl bet kokie laisvo vandens paviršiaus apribojimai yra nepageidautini. Pavyzdžiui, vandens paviršių dengiantys lapai ar ančiukas gali visiškai sustabdyti deguonies patekimą į vandenį ir sukelti jo gyventojų mirtį. Dėl tos pačios priežasties indai siauru kaklu netinka naudoti kaip akvariumas.

Medžiagų apykaitos procese, kai sudėtingos maistinės medžiagos ar jų elementai skaidomi į paprastesnes, išsiskiria organizmo gyvybei reikalinga energija.

2.2 Difuzijos vaidmuo augalų mityboje.

Pagrindinį vaidmenį difuzijos procesuose gyvuose organizmuose atlieka ląstelių membranos, kurios turi selektyvų pralaidumą. Medžiagų patekimas per membraną priklauso nuo:

Molekuliniai dydžiai;

elektros krūvis;

Apie vandens molekulių buvimą ir skaičių;

Nuo šių dalelių tirpumo riebaluose;

Iš membranos struktūros.

Yra dvi difuzijos formos: a) dializė- yra ištirpusios medžiagos molekulių difuzija; b) osmosas yra tirpiklio difuzija per pusiau pralaidžią membraną. Dirvožemio tirpaluose yra mineralinių druskų ir organinių junginių. Vanduo iš dirvožemio į augalą patenka osmoso būdu per pusiau pralaidžias šaknų plaukelių membranas. Vandens koncentracija dirvožemyje yra didesnė nei šaknų plaukelių viduje, todėl difuzija vyksta iš didesnės koncentracijos srities į mažesnės koncentracijos sritį. Tada vandens koncentracija šiose ląstelėse tampa didesnė nei viršutinėse - atsiranda šaknų slėgis, sukeliantis sulos tekėjimą aukštyn per šaknis ir stiebą, o vandens praradimas lapais užtikrina tolesnį vandens įsisavinimą.

Mineralai į augalą patenka: a) difuzijos būdu; b) kartais aktyviu transportavimu prieš koncentracijos gradientą, kartu su energijos suvartojimu. Taip pat yra turgoro slėgis yra slėgis, kurį ląstelės turinys daro ant ląstelės sienelės. Jis beveik visada yra mažesnis už sulčių ląstelės osmosinį slėgį, nes lauke yra ne grynas vanduo, o druskos tirpalas. Turgoro slėgio vertė:

Augalo organizmo formos išsaugojimas;

Jaunų augalų ląstelių augimo užtikrinimas;

Augalų elastingumo išsaugojimas (kaktusų ir alijošiaus augalų demonstravimas);

Formos formavimas, kai nėra sutvirtinančio audinio (pomidoro demonstravimas);

Difuzijos taikymas medicinoje.

Daugiau nei prieš 30 metų vokiečių gydytojas Williamas Kolfas naudojo „dirbtinio inksto“ prietaisą. Nuo tada jis naudojamas: skubiai lėtinei pagalbai esant ūmiam apsinuodijimui; paruošti pacientus, sergančius lėtiniu inkstų nepakankamumu, inkstų transplantacijai; ilgalaikiam (10-15 metų) gyvybės palaikymui pacientams, sergantiems lėtine inkstų liga.

Dirbtinio inksto aparato naudojimas tampa vis terapine procedūra, aparatas naudojamas tiek klinikoje, tiek namuose. Aparato pagalba recipientas buvo paruoštas pirmajai pasaulyje sėkmingai inksto transplantacijai, kurią 1965 metais atliko akademikas B.V. Petrovskis.

Prietaisas yra hemodializatorius, kuriame kraujas per pusiau pralaidžią membraną kontaktuoja su druskos tirpalu. Dėl osmosinio slėgio skirtumo per membraną iš kraujo į druskos tirpalą patenka medžiagų apykaitos produktų (karbamido, šlapimo rūgšties) jonai ir molekulės, taip pat įvairios toksinės medžiagos, kurios turi būti pašalintos iš organizmo. Prietaisas yra plokščių kanalų, atskirtų plonomis celofaninėmis membranomis, sistema, per kurią lėtai priešingais srautais juda kraujas ir dializatas - druskos tirpalas, praturtintas CO 2 + O 2 dujų mišiniu. Prietaisas yra prijungtas prie paciento kraujotakos sistemos. naudojant kateterius, įterptus į tuščiavidurę (kraujo įleidimo angą) į dializatą) ir alkūnkaulio (išėjimo) veną. Dializė trunka 4-6 valandas.Taip pasiekiamas kraujo išvalymas nuo azoto turinčių atliekų, esant nepakankamai inkstų funkcijai, t.y. reguliuojama cheminė kraujo sudėtis.

Biologijos mokytojas:Šis pranešimas padės suprasti ir suprasti difuzijos, osmoso ir dializės formas.

Sklaidos taikymas technologijose ir kasdieniame gyvenime

Difuzija plačiai naudojama pramonėje ir kasdieniame gyvenime. Difuzinis metalų suvirinimas yra pagrįstas difuzijos reiškiniu. Difuzinio suvirinimo būdu, nenaudojant lydmetalių, elektrodų ir srautų, sujungiami metalai, nemetalai, metalai ir nemetalai bei plastikai. Detalės dedamos į uždarą suvirinimo kamerą su stipriu vakuumu, suspaudžiamos ir įkaitinamos iki 800 laipsnių. Šiuo atveju besiliečiančių medžiagų paviršiniuose sluoksniuose vyksta intensyvi abipusė atomų difuzija. Difuzinis suvirinimas daugiausia naudojamas elektronikos ir puslaidininkių pramonėje bei tiksliojoje inžinerijoje.

Tirpioms medžiagoms iš susmulkintos kietos medžiagos ekstrahuoti naudojamas difuzinis aparatas. Tokie prietaisai plačiai paplitę daugiausia runkelių cukraus gamyboje, kur iš kartu su vandeniu pakaitintų runkelių traškučių gaunamos cukraus sultys.

Neutronų difuzija vaidina svarbų vaidmenį veikiant branduoliniams reaktoriams, tai yra, neutronų sklidimui medžiagoje, kartu su daugybe jų judėjimo krypties ir greičio pasikeitimų dėl susidūrimų su atominiais branduoliais. Neutronų difuzija terpėje yra panaši į atomų ir molekulių difuziją dujose ir paklūsta tiems patiems dėsniams.

Dėl nešėjų difuzijos puslaidininkiuose atsiranda elektros srovė.Krūvininkų judėjimas puslaidininkiuose vyksta dėl jų koncentracijos nevienalytiškumo. Norėdami sukurti, pavyzdžiui, puslaidininkinį diodą, indis sulydomas į vieną iš germanio paviršių. Dėl indžio atomų difuzijos giliai į germanio monokristalą, jame susidaro p-n sandūra, per kurią gali tekėti reikšminga srovė su minimalia varža.

Metalizavimo procesas pagrįstas difuzijos reiškiniu – gaminio paviršiaus padengimu metalo ar lydinio sluoksniu, siekiant suteikti jam fizines, chemines ir mechanines savybes, kurios skiriasi nuo metalizuotos medžiagos savybių. Naudojamas gaminiams apsaugoti nuo korozijos, susidėvėjimo, kontaktiniam elektros laidumui didinti, dekoratyviniais tikslais, taigi karburizacija naudojama plieninių detalių kietumui ir atsparumui karščiui padidinti. Jį sudaro plieninių dalių įdėjimas į dėžę su grafito milteliais, kuri įmontuota į šiluminę krosnį. Dėl difuzijos anglies atomai prasiskverbia į paviršinį dalių sluoksnį. Įsiskverbimo gylis priklauso nuo temperatūros ir dalių laikymo terminėje krosnyje laiko.

Žmogaus įtaka sklaidos gamtoje eigai.

Deja, dėl žmogaus civilizacijos vystymosi atsiranda neigiamas poveikis gamtai ir joje vykstantiems procesams. Difuzijos procesas vaidina didelį vaidmenį upių, jūrų ir vandenynų taršai. Pavyzdžiui, galite būti tikri, kad, pavyzdžiui, Odesoje, į kanalizaciją supilti plovikliai dėl difuzijos ir esamų srovių atsidurs prie Turkijos krantų. Metinis pramoninių ir buitinių nuotekų išleidimas pasaulyje siekia dešimtis trilijonų tonų. Neigiamo žmogaus poveikio difuzijos procesams gamtoje pavyzdys yra didelio masto avarijos, įvykusios įvairių rezervuarų baseinuose. Dėl šio reiškinio nafta ir jos produktai pasklinda vandens paviršiuje ir dėl to sutrinka difuzijos procesai, pvz.: į vandens storymę nepatenka deguonis, be deguonies žūsta žuvys.

Dėl difuzijos reiškinio oras užteršiamas įvairių gamyklų atliekomis, dėl kurių kenksmingos žmonių atliekos prasiskverbia į dirvožemį, vandenį, o vėliau daro žalingą poveikį gyvūnų ir augalų gyvenimui ir funkcionavimui. Didėja žemės plotai, užterštos pramonės įmonių išmetamais teršalais ir kt. Per 2 tūkstančius hektarų žemės užima pramoninių ir buitinių atliekų sąvartynai. Vienas iš šiuo metu sunkiai išsprendžiamų problemų yra pramoninių atliekų, įskaitant toksines atliekas, perdirbimo klausimas.

Aktuali problema – oro tarša išmetamosiomis dujomis ir įvairių gamyklų į atmosferą išmetamų kenksmingų medžiagų perdirbimo produktais. Įmonių kaminai į atmosferą išskiria anglies dioksidą, azoto oksidus ir sierą. Šiuo metu bendras į atmosferą išmetamų dujų kiekis viršija 40 mlrd. tonų per metus. Anglies dioksido perteklius atmosferoje yra pavojingas gyvajam Žemės pasauliui, sutrikdo anglies ciklą gamtoje, sukelia rūgštų lietų susidarymą. Difuzijos procesas vaidina didelį vaidmenį upių, jūrų ir vandenynų taršai. Metinis pramoninių ir buitinių nuotekų išleidimas pasaulyje yra apie 10 trilijonų tonų.

Kai kurie medicininiai tyrimai parodė ryšį tarp kvėpavimo takų ir viršutinių kvėpavimo takų sergamumo bei oro kokybės. Yra tiesioginis ryšys tarp kvėpavimo takų ligų lygio rodiklio ir kenksmingų medžiagų išmetimo į atmosferą kiekio. Išvardinti difuzijos pavyzdžiai žalingai veikia įvairius gamtoje vykstančius procesus.

Dėl vandens telkinių užterštumo juose nyksta gyvybė, o geriamas vanduo turi būti valomas, o tai labai brangu. Be to, užterštame vandenyje vyksta cheminės reakcijos, išsiskiria šiluma. Vandens temperatūra pakyla, o deguonies kiekis vandenyje mažėja, o tai kenkia vandens organizmams. Dėl kylančios vandens temperatūros daugelis upių žiemą nebeužšąla. Siekiant sumažinti kenksmingų dujų išmetimą iš pramoninių vamzdžių ir šiluminių elektrinių vamzdžių, įrengiami specialūs filtrai. Tokie filtrai įrengiami, pavyzdžiui, šiluminėje elektrinėje Čeliabinsko Leninsko rajone, tačiau jų įrengimas labai brangus. Siekiant išvengti vandens telkinių taršos, būtina užtikrinti, kad prie krantų nebūtų išmetamos šiukšlės, maisto atliekos, mėšlas, įvairios cheminės medžiagos.

Atsižvelgiant į visuotinį atšilimą, svarbu ištirti difuzijos greičio kitimą kaip didėjančios aplinkos temperatūros funkciją.

Eksperimentinė dalis.

aš patiriu. Vienos medžiagos dalelių prasiskverbimo tarp kitos medžiagos molekulių stebėjimas .

Tikslas : ištirti kietųjų medžiagų difuziją ir padaryti išvadą apie difuzijos greitį.

Prietaisai ir medžiagos : želatina, kalio permanganatas, vario sulfatas, Petria lėkštelė, pincetas, šildymo prietaisas.

:

Kietas tirpalas yra želatina. Norint paruošti tirpalą, reikia 1 šaukštą želatinos panardinti į šaltą vandenį 2 valandoms, kad milteliai išbrinktų, tada mišinį pakaitinti ir želatiną ištirpinti neužvirinus, tada supilti į Petria lėkštelę ( 3 pav.). Želatinai atvėsus, į vieną stiklinę į vidurį greitu judesiu pincetu buvo įvestas kalio permanganato kristalas, į kitą – vario sulfatas ir dabar galime stebėti difuzijos rezultatą.

Čia mes stebėjome kalio permanganato ir vario sulfato dalelių prasiskverbimą tarp želatinos molekulių. Po 24 valandų buvo pastebėta, kad kalio permanganato difuzija nevyksta (4 pav.), nes kalio permanganatas yra stiprus oksidatorius.

Taigi difuzija kietose medžiagose vyksta lėčiau. Jei į aplinką patenka stiprūs oksidatoriai, jos sunaikinamos.

II eksperimentas. Guašo gabalėlių tirpimo vandenyje pastovioje temperatūroje stebėjimas (esant t = 22°C)

Paėmėme gabalėlį oranžinio guašo ir indą su švariu 22 °C temperatūros vandeniu. Jie įdėjo į indą guašo gabalėlį (1 pav.) ir pradėjo stebėti, kas vyksta. Po 10 minučių vanduo inde pradeda keisti guašo spalvą (kietas) (2 pav.). Vanduo yra geras tirpiklis. Veikiant vandens molekulėms, sunaikinami ryšiai tarp guašo kietųjų dalelių molekulių. Nuo eksperimento pradžios praėjo 25 minutės. Vandens spalva tampa intensyvesnė (3 pav.). Vandens molekulės prasiskverbia tarp guašo molekulių, sulaužydamos traukos jėgas. Nuo eksperimento pradžios praėjo 45 minutės (4 pav.). Kartu su traukos jėgomis tarp molekulių pradeda veikti atstumiančios jėgos ir dėl to sunaikinama kietos medžiagos (guašo) kristalinė gardelė. Guašo tirpimo procesas baigėsi. Eksperimentas truko 2 valandas 50 minučių. Vanduo buvo visiškai nudažytas guašo spalva.

Taigi difuzijos reiškinys yra ilgas procesas, dėl kurio kietosios medžiagos ištirpsta.

Sh patirtis.Difuzijos greičio priklausomybės nuo temperatūros ir prasiskverbimo į maisto produktus tyrimas.

Tikslas : ištirti, kaip temperatūra veikia difuzijos greitį.

Prietaisai ir medžiagos : termometrai - 2 vnt., laikrodžiai - 1 vnt., stiklas - 1 vnt., jodas, bulvės, magnetinė maišyklė.

Patirties ir gautų rezultatų aprašymas : Jie paėmė stiklinę, įdėjo į ją jodo ir uždarė stiklinę per pusę perpjautomis bulvėmis t = 22 °C temperatūroje. Po 15 minučių nuo eksperimento pradžios difuzijos procesas yra neaktyvus. Šildymo procesas prasidėjo po 4 minučių. Prasidėjo difuzijos procesas, po 1 minutės matome jodo prasiskverbimą į bulves, po 2 min.

Iš šios patirties galime daryti išvadą, kad difuzijos greitį veikia temperatūra: kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis difuzijos greitis, o tai neigiamai veikia maistą.

Taigi oras teršiamas įvairių gamyklų atliekomis, automobilių išmetamosios dujos prasiskverbia į maisto produktus, o vėliau daro žalingą poveikį žmonių, gyvūnų ir augalų gyvenimui bei funkcionavimui.

IV patirtis.Dujinių medžiagų difuzijos į vandenį, esant pastoviai temperatūrai, greičio priklausomybės tyrimas

Tikslas : ištirti dujinių medžiagų difuzijos į vandenį greitį pastovioje temperatūroje ir padaryti išvadą apie difuzijos greitį.

Prietaisai ir medžiagos : termometrai - 1 vnt., laikrodis - 1 vnt., kolba - 1 vnt., vanduo, jodas.

Patirties ir gautų rezultatų aprašymas : Į kolbą supiltas tos pačios masės ir tos pačios temperatūros (22 °C) vanduo, po to į kitą kolbą supiltas augalinis aliejus (5 ml). Mūsų eksperimente augalinis aliejus imitavo naftą. Kolbos buvo uždarytos juostele, ant kurios priklijuota jodo. Stebėjimas buvo pašalintas po 45 metų minučių.

Vanduo, padengtas augalinio aliejaus plėvele, yra labai neryškios spalvos, todėl į vandenį sunkiau prasiskverbia deguonies molekulės: žuvys ir kiti vandens gyventojai patiria deguonies trūkumą ir gali net mirti.

Išvada : įvairių medžiagų buvimas vandens paviršiuje sutrikdo difuzijos procesus ir gali sukelti nepageidaujamų pasekmių aplinkai.

Išvada

Matome, kokia didelė difuzijos svarba negyvojoje gamtoje, o gyvų organizmų egzistavimas būtų neįmanomas, jei ne šis reiškinys. Deja, tenka susidurti su neigiama šio reiškinio apraiška, tačiau yra daug daugiau teigiamų veiksnių, todėl kalbame apie didžiulę sklaidos gamtoje svarbą.

Gamta plačiai išnaudoja difuzijos prasiskverbimo procesui būdingas galimybes ir atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį įsisavinant mitybą ir aprūpinant kraują deguonimi. Saulės liepsnoje, tolimų žvaigždžių gyvenime ir mirtyje, ore, kuriuo kvėpuojame, visur matome visagalės ir visuotinės sklaidos apraišką.

Taigi difuzija turi didelę reikšmę žmonių, gyvūnų ir augalų gyvenimo procesuose. Difuzijos dėka deguonis iš plaučių prasiskverbia į žmogaus kraują, o iš kraujo – į audinius. Bet, deja, žmonės dėl savo veiklos dažnai daro neigiamą įtaką natūraliems procesams gamtoje.

Tyrinėdamas difuziją, jos vaidmenį gamtos ekologinėje pusiausvyroje ir veiksnius, įtakojančius jos atsiradimą gamtoje, priėjau išvados, kad būtina atkreipti visuomenės dėmesį į aplinkosaugos problemas.

Literatūra

Aleksejevas S.V., Gruzdeva M.V., Muravjovas A.G., Guščina E.V. Seminaras apie ekologiją. M. UAB MDS, 1996 m

Ilchenko V.R. Fizikos, chemijos ir biologijos kryžkelė. M: „Švietimas“, 1986 m.

Kirillova I.G. Knyga skaitymui apie fiziką. M. „Švietimas“, 1986 m

Peryshkin A.V.. Fizikos vadovėlis, 7 klasė. M. „Švietimas“, 2005 m

Prokhorovas A.M. Fizinis enciklopedinis žodynas. 1995 m

Ryženkovas A.P. Fizika. Žmogus. Aplinka. M: Švietimas, 1996 m

Chuyanov V.A. Enciklopedinis jauno fiziko žodynas. 1999 m

Shakhmaev N.M. ir kt., Fizika 7.M.: Mnemosyne, 2007 m.

Enciklopedija vaikams.T.19. Ekologija: 33 tomuose/ Ch. red. Volodinas V. A. - M.: Avanta +, 2004 - 448 p.

Savivaldybės ugdymo įstaiga Zaozernaya vidurinė mokykla, kurioje gilinamasi atskirų dalykų Nr.16

Tema: „Sklidimas gyvoje ir negyvojoje gamtoje“.

Užbaigta:

8A klasės mokinys Zyabrevas Kirilas.

Fizikos mokytojas: Zavyalova G.M.

Biologijos mokytojas: Zyabreva V.F.

Tomskas – 2008 m

I. Įvadas. …………………………………………………………… 3

II. Sklaida gyvojoje ir negyvojoje gamtoje.

1. Reiškinio atradimo istorija. ………………………………………. 4

2. Difuzija, jos rūšys. …………………………………………….. 6

3. Nuo ko priklauso sklaidos greitis? ………………………….. 7

4. Sklaida negyvojoje gamtoje. ………………………………… 8

5. Sklaida gyvojoje gamtoje. …………………………………… 9

6. Difuzijos reiškinių panaudojimas. ……………………………. 16

7. Individualių difuzijos reiškinių projektavimas. …………… 17

III. Išvada. …………………………………………………… 20

IV. Naudotos knygos. ………………………………………. . 21

I. Įvadas.

Aplink mus vyksta tiek daug nuostabių ir įdomių dalykų. Tolimos žvaigždės šviečia naktiniame danguje, dega žvakė lange, vėjas neša žydinčios paukščių vyšnios aromatą, senstanti močiutė seka tave savo žvilgsniu... Noriu daug sužinoti, pabandyti paaiškinti pats. Juk daugelis gamtos reiškinių yra susiję su difuzijos procesais, apie kuriuos neseniai kalbėjome mokykloje. Bet jie taip mažai pasakė!

Darbo tikslai :

1. Plėsti ir gilinti žinias apie sklaidą.

2. Modeliuoti individualius difuzijos procesus.

3. Sukurti papildomą kompiuterinę medžiagą, skirtą naudoti fizikos ir biologijos pamokose.

Užduotys:

1. Rasti reikiamą medžiagą literatūroje, internete, ją studijuoti ir analizuoti.

2. Išsiaiškinkite, kur gyvojoje ir negyvojoje gamtoje atsiranda difuzijos reiškiniai (fizika ir biologija), kokią reikšmę jie turi ir kur juos naudoja žmonės.

3. Apibūdinkite ir suplanuokite įdomiausius šio reiškinio eksperimentus.

4. Sukurti animuotus kai kurių difuzijos procesų modelius.

Metodai: literatūros analizė ir sintezė, projektavimas, modeliavimas.

Mano darbas susideda iš trijų dalių; pagrindinė dalis susideda iš 7 skyrių. Išstudijavau ir apdorojau medžiagą iš 13 literatūros šaltinių, įskaitant mokomąją, informacinę, mokslinę literatūrą ir interneto svetaines, taip pat parengiau prezentaciją, padarytą Power Point redaktoriuje.

II. Sklaida gyvojoje ir negyvojoje gamtoje.

II .1. Sklaidos fenomeno atradimo istorija.

Mikroskopu stebėdamas gėlių žiedadulkių suspensiją vandenyje, Robertas Brownas pastebėjo chaotišką dalelių judėjimą, kuris atsirado „nei dėl skysčio judėjimo, nei dėl jo išgaravimo“. 1 µm ar mažesnio dydžio pakibusios dalelės, matomos tik pro mikroskopą, atliko netvarkingus nepriklausomus judesius, apibūdinančius sudėtingas zigzago trajektorijas. Brauno judėjimas laikui bėgant nesusilpnėja ir nepriklauso nuo terpės cheminių savybių; jo intensyvumas didėja didėjant terpės temperatūrai ir mažėjant klampumui bei dalelių dydžiui. Netgi kokybinis Brauno judėjimo priežasčių paaiškinimas buvo įmanomas tik po 50 metų, kai Brauno judėjimo priežastis buvo pradėta sieti su skysčio molekulių poveikiu jame pakibusios dalelės paviršiuje.

Pirmąją kiekybinę Brauno judėjimo teoriją A. Einšteinas ir M. Smoluchovskis pateikė 1905-06 m. remiantis molekuline kinetine teorija. Buvo įrodyta, kad atsitiktiniai Browno dalelių pasivaikščiojimai yra susiję su jų dalyvavimu šiluminiame judėjime kartu su terpės, kurioje jie yra suspenduoti, molekulėmis. Dalelių kinetinė energija vidutiniškai yra vienoda, tačiau dėl didesnės masės jų greitis yra mažesnis. Brauno judėjimo teorija atsitiktinius dalelės judesius paaiškina atsitiktinių molekulių jėgų ir trinties jėgų veikimu. Remiantis šia teorija, skysčio ar dujų molekulės yra nuolatiniame šiluminiame judėjime, o skirtingų molekulių impulsai nėra vienodi pagal dydį ir kryptį. Jei į tokią terpę patalpintos dalelės paviršius yra mažas, kaip yra Brauno dalelės atveju, tada dalelės patiriamas poveikis iš ją supančių molekulių nebus tiksliai kompensuotas. Todėl dėl molekulių „bombardavimo“ Brauno dalelė pradeda atsitiktinai judėti, keisdama savo greičio dydį ir kryptį maždaug 1014 kartų per sekundę. Iš šios teorijos išplaukė, kad išmatavus dalelės poslinkį per tam tikrą laiką ir žinant jos spindulį bei skysčio klampumą, galima apskaičiuoti Avogadro skaičių.

Brauno judėjimo teorijos išvadas patvirtino J. Perrin ir T. Svedberg matavimai 1906 m. Remiantis šiais ryšiais buvo eksperimentiškai nustatytos Boltzmanno konstanta ir Avogadro konstanta. (Avogadro konstanta žymimas NA, molekulių arba atomų skaičius 1 molyje medžiagos, NA=6,022,1023 mol-1; vardas A. Avogadro garbei.

Boltzmanno konstanta, fizinė konstanta k, lygus visuotinės dujų konstantos santykiui Rį Avogadro numerį N A: k = R / N A = 1.3807.10-23 J/K. Pavadintas L. Boltzmanno vardu.)

Stebint Brauno judėjimą, dalelės padėtis registruojama reguliariais intervalais. Kuo trumpesni laiko intervalai, tuo labiau sulaužyta dalelės trajektorija.

Brauno judėjimo dėsniai yra aiškus pagrindinių molekulinės kinetinės teorijos principų patvirtinimas. Galiausiai buvo nustatyta, kad šiluminė materijos judėjimo forma atsiranda dėl chaotiško atomų ar molekulių, sudarančių makroskopinius kūnus, judėjimo.

Brauno judėjimo teorija suvaidino svarbų vaidmenį statistinės mechanikos pagrindime, ja grindžiama vandeninių tirpalų koaguliacijos (maišymo) kinetinė teorija. Be to, tai taip pat turi praktinę reikšmę metrologijoje, nes Brauno judėjimas laikomas pagrindiniu veiksniu, ribojančiu matavimo priemonių tikslumą. Pavyzdžiui, veidrodinio galvanometro rodmenų tikslumo ribą lemia veidrodžio vibracija, kaip Brauno dalelė, bombarduojama oro molekulių. Brauno judėjimo dėsniai lemia atsitiktinį elektronų judėjimą, kuris sukelia triukšmą elektros grandinėse. Dielektrikų dielektrikų nuostoliai paaiškinami atsitiktiniais dipolio molekulių, sudarančių dielektriką, judėjimu. Atsitiktiniai jonų judėjimai elektrolitų tirpaluose padidina jų elektrinę varžą.

Brauno dalelių trajektorijos (Perrino eksperimento schema); Taškai žymi dalelių padėtis vienodais laiko intervalais.

Taigi, DIFUZIJA, ARBA RUDU JUDĖJIMAS – Tai atsitiktinis mažyčių dalelių, suspenduotų skystyje ar dujose, judėjimas, vykstantis veikiant aplinkos molekulėms; atviras

R. Brownas 1827 m

II. 2. Difuzija, jos rūšys.

Skiriama difuzija ir savaiminė difuzija.

Difuzija yra spontaniškas vienos medžiagos molekulių įsiskverbimas į tarpus tarp kitos medžiagos molekulių. Šiuo atveju dalelės sumaišomos. Difuzija stebima dujoms, skysčiams ir kietoms medžiagoms. Pavyzdžiui, lašelis rašalo įmaišomas į stiklinę vandens. Arba po visą kambarį pasklinda odekolono kvapas.

Difuzija, kaip ir savaiminė difuzija, egzistuoja tol, kol yra medžiagos tankio gradientas. Jei bet kurios vienos ir tos pačios medžiagos tankis skirtingose ​​tūrio dalyse yra nevienodas, tai stebimas savaiminės difuzijos reiškinys. Savęs difuzija vadinamas tankio išlyginimo procesu(arba jai proporcinga koncentracija) ta pati medžiaga. Difuzija ir savaiminė difuzija atsiranda dėl terminio molekulių judėjimo, kuris, esant nepusiausvyros būsenoms, sukuria medžiagos srautus.

Masės srauto tankis yra medžiagos masė ( dm), pasklinda per laiko vienetą ploto vienetu ( dS pl), statmenai ašiai x :

(1.1)

Difuzijos reiškinys paklūsta Ficko dėsniui

(1.2)

kur yra tankio gradiento modulis, kuris nustato tankio kitimo greitį ašies kryptimi X ;

D- difuzijos koeficientas, kuris apskaičiuojamas pagal molekulinės kinetinės teorijos formulę

(1.3)

kur yra vidutinis molekulių šiluminio judėjimo greitis;

Vidutinis laisvas molekulių kelias.

Minuso ženklas rodo, kad masės perdavimas vyksta tankio mažėjimo kryptimi.

Lygtis (1.2) vadinama difuzijos lygtimi arba Ficko dėsniu.

II. 3. Sklaidos greitis.

Kai dalelė juda medžiagoje, ji nuolat susiduria su savo molekulėmis. Tai viena iš priežasčių, kodėl normaliomis sąlygomis difuzija yra lėtesnė nei įprastas judėjimas. Nuo ko priklauso difuzijos greitis?

Pirma, apie vidutinį atstumą tarp dalelių susidūrimų, t.y. laisvo kelio ilgis. Kuo ilgesnis šis ilgis, tuo greičiau dalelė prasiskverbia į medžiagą.

Antra, slėgis turi įtakos greičiui. Kuo tankesnė dalelių pakuotė medžiagoje, tuo svetimai dalelei sunkiau prasiskverbti į tokią tarą.

Trečia, medžiagos molekulinė masė turi didelę reikšmę difuzijos greičiui. Kuo didesnis taikinys, tuo didesnė tikimybė, kad jis pataikys, o po susidūrimo greitis visada sulėtėja.

Ir ketvirta, temperatūra. Kylant temperatūrai didėja dalelių virpesiai, didėja molekulių greitis. Tačiau difuzijos greitis yra tūkstantį kartų lėtesnis už laisvo judėjimo greitį.

Visos difuzijos rūšys paklūsta tiems patiems dėsniams ir yra apibūdinamos difuzijos koeficientu D, kuris yra skaliarinis dydis ir nustatomas pagal pirmąjį Ficko dėsnį.

Vienmatei difuzijai ,

čia J yra atomų arba medžiagos defektų srauto tankis,
D - difuzijos koeficientas,
N – medžiagos atomų arba defektų koncentracija.

Difuzija yra molekulinio lygmens procesas, kurį lemia atsitiktinis atskirų molekulių judėjimo pobūdis. Todėl difuzijos greitis yra proporcingas vidutiniam molekulių greičiui. Dujų atveju vidutinis mažų molekulių greitis yra didesnis, būtent jis yra atvirkščiai proporcingas molekulės masės kvadratinei šaknis ir didėja didėjant temperatūrai. Difuzijos procesai kietose medžiagose aukštoje temperatūroje dažnai pritaikomi praktiškai. Pavyzdžiui, tam tikrų tipų katodinių spindulių vamzdeliuose (CRT) naudojamas torio metalas, išsklaidytas per volframo metalą 2000 ºC temperatūroje.

Jei dujų mišinyje viena molekulė yra keturis kartus sunkesnė už kitą, tai tokia molekulė juda dvigubai lėčiau nei jos judėjimas grynose dujose. Atitinkamai, jo difuzijos greitis taip pat yra mažesnis. Šis lengvųjų ir sunkiųjų molekulių difuzijos greičio skirtumas naudojamas skirtingos molekulinės masės medžiagoms atskirti. Pavyzdys yra izotopų atskyrimas. Jei per porėtą membraną praleidžiamos du izotopai, lengvesni izotopai pro membraną prasiskverbia greičiau nei sunkesni. Norint geriau atskirti, procesas atliekamas keliais etapais. Šis procesas buvo plačiai naudojamas urano izotopams atskirti (235U, kurie skilinėja veikiant neutronams, atskyrimas nuo didžiosios dalies 238U). Kadangi šis atskyrimo būdas reikalauja daug energijos, buvo sukurti kiti, ekonomiškesni atskyrimo būdai. Pavyzdžiui, šiluminės difuzijos panaudojimas dujų aplinkoje yra plačiai išvystytas. Dujos, kuriose yra izotopų mišinys, dedamos į kamerą, kurioje palaikomas erdvinis temperatūros skirtumas (gradientas). Tokiu atveju sunkieji izotopai laikui bėgant koncentruojasi šaltame regione.

Išvada. Difuzinius pokyčius veikia:

· medžiagos molekulinė masė (kuo didesnė molekulinė masė, tuo mažesnis greitis);

· vidutinis atstumas tarp dalelių susidūrimų (kuo ilgesnis kelias, tuo didesnis greitis);

· slėgis (kuo didesnis dalelių paketas, tuo sunkiau prasibrauti),

· temperatūra (kylant temperatūrai, greitis didėja).

II.4. Sklaida negyvojoje gamtoje.

Ar žinojote, kad visas mūsų gyvenimas yra pastatytas ant keisto gamtos paradokso? Visi žino, kad oras, kuriuo kvėpuojame, susideda iš skirtingo tankio dujų: azoto N2, deguonies O2, anglies dioksido CO2 ir nedidelio kiekio kitų priemaišų. Ir šios dujos turi būti išdėstytos sluoksniais, pagal gravitacijos jėgą: sunkiausia, CO 2, yra pačiame žemės paviršiuje, virš jo yra O 2, o dar aukščiau yra N 2. Bet tai neįvyksta. Mus supa homogeninis dujų mišinys. Kodėl liepsna neužgęsta? Juk jį supantis deguonis greitai perdega? Čia, kaip ir pirmuoju atveju, veikia derinimo mechanizmas. Difuzija apsaugo nuo disbalanso gamtoje!

Kodėl jūra sūri? Žinome, kad upės prasiskverbia per uolienų ir mineralų storį ir išplauna druskas į jūrą. Kaip susimaišo druska ir vanduo? Tai galima paaiškinti paprastu eksperimentu:

PATIRTIES APRAŠYMAS:Į stiklinį indą supilkite vandeninį vario sulfato tirpalą. Tirpalą atsargiai užpilkite švariu vandeniu. Stebime ribą tarp skysčių.

Klausimas: Kas atsitiks su šiais skysčiais laikui bėgant ir ką stebėsime?

Laikui bėgant, riba tarp besiliečiančių skysčių pradės neryškėti. Indą su skysčiais galima padėti į spintą ir diena iš dienos stebėti, kaip vyksta savaiminis skysčių maišymasis. Galiausiai inde susidaro vienalytis šviesiai mėlynas skystis, šviesoje beveik bespalvis.

Vario sulfato dalelės yra sunkesnės už vandenį, tačiau dėl difuzijos lėtai kyla aukštyn. Priežastis yra skysčio struktūra. Skystos dalelės supakuotos į kompaktiškas grupes – pseudonranduolius. Jas vieną nuo kitos skiria tuštumos – skylės. Branduoliai nėra stabilūs, jų dalelės ilgai neišlaiko pusiausvyros. Kai tik dalelė perduodama energijai, dalelė atitrūksta nuo branduolio ir patenka į tuštumą. Iš ten lengvai peršoka į kitą branduolį ir t.t.

Svetimos medžiagos molekulės pradeda savo kelionę per skystį iš skylių. Kelyje jie susiduria su branduoliais, išmuša iš jų daleles ir užima jų vietą. Judėdami iš vienos laisvos vietos į kitą, jie lėtai susimaišo su skystomis dalelėmis. Mes jau žinome, kad difuzijos greitis yra mažas. Todėl įprastomis sąlygomis šis eksperimentas truko 18 dienų, kaitinant – 2-3 minutes.

Išvada: Saulės liepsnoje, tolimų šviečiančių žvaigždžių gyvybėje ir mirtyje, ore, kuriuo kvėpuojame, keičiantis orams, beveik visuose fiziniuose reiškiniuose matome visagalės difuzijos pasireiškimą!

II.5. Sklaida gyvojoje gamtoje.

Šiuo metu difuzijos procesai yra gerai ištirti, nustatyti jų fizikiniai ir cheminiai dėsniai ir jie gana pritaikomi molekulių judėjimui gyvame organizme. Difuzija gyvuose organizmuose yra neatsiejamai susijusi su ląstelės plazmine membrana. Todėl būtina išsiaiškinti, kokia ji struktūra ir kaip jos sandaros ypatybės yra susijusios su medžiagų pernešimu ląstelėje.

Plazminė membrana (plazmalema, ląstelės membrana), paviršinė, periferinė struktūra, supanti augalų ir gyvūnų ląstelių protoplazmą, tarnauja ne tik kaip mechaninis barjeras, bet, svarbiausia, riboja laisvą dvipusį žemo ir aukšto kraujotakos srautą. molekulinės medžiagos į ląstelę ir iš jos. Be to, plazmolema veikia kaip struktūra, kuri „atpažįsta“ įvairias chemines medžiagas ir reguliuoja selektyvų šių medžiagų transportavimą į ląstelę.

Išorinis plazminės membranos paviršius yra padengtas biriu pluoštiniu 3-4 nm storio medžiagos sluoksniu – glikokaliksu. Jį sudaro išsišakojusios sudėtingų angliavandenių grandinės, membranos vientisieji baltymai, tarp kurių gali būti ląstelių išskiriami baltymų junginiai su cukrumi ir baltymai su riebalais. Čia taip pat randami kai kurie ląstelių fermentai, dalyvaujantys tarpląsteliniame medžiagų skaidyme (tarpląsteliniame virškinime, pavyzdžiui, žarnyno epitelyje).

Kadangi lipidų sluoksnio vidus yra hidrofobinis, jis yra beveik nepraleidžiamas barjeras daugumai polinių molekulių. Dėl šio barjero yra užkertamas kelias ląstelių turinio nutekėjimui, tačiau dėl to ląstelė buvo priversta sukurti specialius mechanizmus vandenyje tirpioms medžiagoms pernešti per membraną.

Plazminė membrana, kaip ir kitos lipoproteininės ląstelių membranos, yra pusiau laidi. Vanduo ir jame ištirpusios dujos turi didžiausią prasiskverbimo gebą. Jonų pernešimas gali vykti koncentracijos gradientu, ty pasyviai, nenaudojant energijos. Šiuo atveju kai kurie membranos transportavimo baltymai sudaro molekulinius kompleksus, kanalus, kuriais jonai praeina pro membraną paprastos difuzijos būdu. Kitais atvejais specialūs membranos transportavimo baltymai selektyviai jungiasi prie vieno ar kito jono ir perneša jį per membraną. Šis transportavimo būdas vadinamas aktyviuoju transportavimu ir atliekamas naudojant baltymų jonų siurblius. Pavyzdžiui, išleisdama 1 ATP molekulę, K-Na siurblio sistema per vieną ciklą iš ląstelės išpumpuoja 3 Na jonus ir pumpuoja 2 K jonus prieš koncentracijos gradientą. Kartu su aktyviu jonų transportavimu į plazmalemą prasiskverbia įvairūs cukrūs, nukleotidai ir aminorūgštys. Makromolekulės, tokios kaip baltymai, neprasiskverbia pro membraną. Jos, kaip ir didesnės medžiagos dalelės, endocitozės būdu pernešamos į ląstelę. Endocitozės metu tam tikra plazmalemos sritis užfiksuoja, apgaubia ekstraląstelinę medžiagą ir uždaro ją į membranos vakuolę. Ši vakuolė – endosoma – susilieja citoplazmoje su pirmine lizosoma ir įvyksta sugautos medžiagos virškinimas. Endocitozė formaliai skirstoma į fagocitozę (stambių dalelių pasisavinimas ląstelėje) ir pinocitozę (tirpų pasisavinimas). Plazminė membrana taip pat dalyvauja pašalinant medžiagas iš ląstelės naudojant egzocitozę, atvirkštinį endocitozei.

Gyviems organizmams ypač svarbi jonų difuzija vandeniniuose tirpaluose. Ne mažiau svarbus difuzijos vaidmuo augalų kvėpavime, fotosintezėje ir transpiracijoje; pernešant oro deguonį per plaučių alveolių sieneles ir patenkant į žmonių bei gyvūnų kraują. Molekulinių jonų difuzija per membranas pasiekiama naudojant elektrinį potencialą ląstelėje. Membranos, turinčios selektyvų pralaidumą, atlieka muitinės vaidmenį gabenant prekes per sieną: vienos medžiagos įleidžiamos, kitos sulaikomos, o kitos paprastai „išstumiamos“ iš ląstelės. Membranų vaidmuo ląstelės gyvenime yra labai svarbus. Miršta ląstelė praranda gebėjimą reguliuoti medžiagų koncentraciją per membraną. Pirmasis mirštančios ląstelės požymis yra jos išorinės membranos pralaidumo pokyčių ir veikimo sutrikimų pradžia.

Be įprastinio transportavimo - kinetinės medžiagos dalelių perdavimo proceso, veikiant elektrinio ar cheminio potencialo gradientams, temperatūrai ar slėgiui, - aktyvus transportavimas vyksta ir ląstelių procesuose - molekulių ir jonų judėjimas prieš koncentracijos gradientą. medžiagų. Šis difuzijos mechanizmas vadinamas osmosu. (Osmosą A. Nolle pirmą kartą pastebėjo 1748 m., tačiau šio reiškinio tyrinėjimai prasidėjo šimtmečiu vėliau.) Šis procesas atliekamas dėl skirtingo osmosinio slėgio vandeniniame tirpale skirtingose ​​biologinės membranos pusėse. Vanduo dažnai laisvai praeina pro osmosas per membraną, tačiau ši membrana gali būti nepralaidi vandenyje ištirpusioms medžiagoms. Įdomu, kad vanduo teka prieš šios medžiagos difuziją, bet paisydamas bendrųjų koncentracijos gradiento (šiuo atveju vandens) dėsnio.

Todėl vanduo iš praskiestesnio tirpalo, kuriame jo koncentracija didesnė, linksta į labiau koncentruotą medžiagos tirpalą, kuriame vandens koncentracija mažesnė. Nesugebėdama tiesiogiai sugerti ir išpumpuoti vandens, ląstelė tai daro osmoso būdu, keisdama joje ištirpusių medžiagų koncentraciją. Osmosas išlygina tirpalo koncentraciją abiejose membranos pusėse. Ląstelės membranos įtempimo būsena, kuri vadinama turgoriniu slėgiu, priklauso nuo medžiagų tirpalų osmosinio slėgio abiejose ląstelės membranos pusėse ir ląstelės membranos elastingumo, kuris vadinamas turgoriniu slėgiu (turgor – iš lot. turgere). - būti patinusiam, užpildytam). Paprastai gyvūnų ląstelių membranų elastingumas (išskyrus kai kuriuos koelenteratus) yra mažas, jos neturi didelio turgorinio slėgio ir išlaiko vientisumą tik izotoniniuose tirpaluose arba tuose, kurie mažai skiriasi nuo izotoninių (vidinio ir išorinio slėgio skirtumas mažesnis nei 0,5-1,0). esu). Gyvų augalų ląstelėse vidinis slėgis visada didesnis nei išorinis, tačiau ląstelės membrana jose netrūksta dėl celiuliozinės ląstelės sienelės. Skirtumas tarp vidinio ir išorinio slėgio augaluose (pavyzdžiui, halofitiniuose augaluose – druskamėgiuose grybuose) siekia 50-100 val. Tačiau net ir tokiu atveju augalo ląstelės saugos riba yra 60–70%. Daugumoje augalų santykinis ląstelės membranos pailgėjimas dėl turgoro neviršija 5-10%, o turgoro slėgis yra 5-10 val. Turgoro dėka augalų audiniai turi elastingumą ir struktūrinį tvirtumą. (Eksperimentai Nr. 3, Nr. 4 tai patvirtina). Visus autolizės (savęs sunaikinimo), vytimo ir senėjimo procesus lydi turgorinio slėgio kritimas.

Kalbant apie sklaidą gyvojoje gamtoje, negalima nepaminėti absorbcijos. Absorbcija – tai įvairių medžiagų patekimas iš aplinkos per ląstelių membranas į ląsteles, o per jas – į vidinę organizmo aplinką. Augaluose tai yra vandens ir medžiagų, ištirpusių jame šaknų ir lapų osmoso ir difuzijos būdu, procesas; bestuburiuose – iš aplinkos ar ertmės skysčio. Primityviuose organizmuose absorbcija vyksta pinocitozės ir fagocitozės būdu. Stuburiniams gyvūnams absorbcija gali vykti tiek iš ertmės organų – plaučių, gimdos, šlapimo pūslės, tiek iš odos paviršiaus, nuo žaizdos paviršiaus ir kt. Lakiosios dujos ir garai yra absorbuojami per odą.

Didžiausia fiziologinė reikšmė yra absorbcija virškinimo trakte, kuri daugiausia vyksta plonojoje žarnoje. Efektyviam medžiagų pernešimui ypač svarbus didelis žarnyno paviršiaus plotas ir nuolat aukšta kraujotaka gleivinėje, dėl kurios išlaikomas didelis absorbuojamų junginių koncentracijos gradientas. Žmonėms mezenterinė kraujotaka valgio metu yra apie 400 ml/min., o virškinimo aukštyje – iki 750 ml/min., o pagrindinė dalis (iki 80 proc.) yra kraujotaka virškinimo organų gleivinėje. . Dėl struktūrų, didinančių gleivinės paviršių - apskritų raukšlių, gaurelių, mikrovilnių, bendras žmogaus žarnyno absorbcinio paviršiaus plotas siekia 200 m2.

Vandens ir druskos tirpalai gali pasklisti abiejose žarnyno sienelės pusėse – tiek plonojoje, tiek storojoje žarnoje. Jų absorbcija vyksta daugiausia viršutinėse plonosios žarnos dalyse. Didelę reikšmę turi Na+ jonų pernešimas plonojoje žarnoje, dėl kurio daugiausia susidaro elektriniai ir osmosiniai gradientai. Na+ jonų absorbcija vyksta per aktyvius ir pasyvius mechanizmus.

Jei ląstelėje nebūtų osmosinio slėgio reguliavimo sistemų, tada ištirpusių medžiagų koncentracija jos viduje būtų didesnė nei jų išorinė koncentracija. Tada vandens koncentracija ląstelėje būtų mažesnė nei jo koncentracija lauke. Dėl to į ląstelę būtų nuolatinis vandens tekėjimas ir jos plyšimas. Laimei, gyvūnų ląstelės ir bakterijos kontroliuoja osmosinį slėgį savo ląstelėse, aktyviai išpumpuodamos neorganinius jonus, tokius kaip Na. Todėl bendra jų koncentracija ląstelės viduje yra mažesnė nei išorėje. Pavyzdžiui, varliagyviai nemažą laiko dalį praleidžia vandenyje, o jų kraujyje ir limfoje druskos yra daugiau nei gėlame vandenyje. Varliagyvių organizmai nuolat sugeria vandenį per odą. Todėl jie gamina daug šlapimo. Pavyzdžiui, varlė, jei jos kloaka sutvarstyta, išsipučia kaip balionas. Ir atvirkščiai, jei varliagyvis patenka į sūrų jūros vandenį, jis išsausėja ir labai greitai miršta. Todėl jūros ir vandenynai yra neįveikiama kliūtis varliagyviams. Augalų ląstelės turi standžias sienas, kurios apsaugo jas nuo patinimo. Daugelis pirmuonių vengia sprogti nuo vandens, patekusio į ląstelę, pasitelkę specialius mechanizmus, kurie reguliariai išmeta įtekantį vandenį.

Taigi ląstelė yra atvira termodinaminė sistema, besikeičianti medžiaga ir energija su aplinka, tačiau išlaikanti tam tikrą vidinės aplinkos pastovumą. Šios dvi savireguliacinės sistemos savybės – atvirumas ir pastovumas – išsipildo vienu metu, o medžiagų apykaita (metabolizmas) yra atsakinga už ląstelės pastovumą. Metabolizmas yra reguliatorius, kuris prisideda prie sistemos išsaugojimo, užtikrina tinkamą reakciją į aplinkos poveikį. Todėl būtina medžiagų apykaitos sąlyga yra gyvos sistemos dirglumas visuose lygmenyse, kuris tuo pačiu veikia kaip sistemos sistemingumo ir vientisumo veiksnys.

Membranos gali pakeisti savo pralaidumą veikiamos cheminių ir fizinių veiksnių, įskaitant membranos depoliarizaciją, kai elektrinis impulsas praeina per neuronų sistemą ir veikia ją.

Neuronas yra nervinės skaidulos gabalas. Jei viename jo gale veikia stimulas, atsiranda elektrinis impulsas. Jo reikšmė žmogaus raumenų ląstelėms yra apie 0,01 V, o sklinda apie 4 m/s greičiu. Kai impulsas pasiekia sinapsę – jungtį tarp neuronų, kurią galima laikyti savotiška rele, perduodančia signalą iš vieno neurono į kitą, išskiriant neuromediatorius – specifines tarpines medžiagas, elektrinis impulsas paverčiamas cheminiu impulsu. Kai tokio tarpininko molekulės patenka į tarpą tarp neuronų, neurotransmiteris difuzijos būdu pasiekia tarpo galą ir sužadina kitą neuroną.

Tačiau neuronas reaguoja tik tada, kai jo paviršiuje yra specialių molekulių – receptorių, kurie gali surišti tik tam tikrą siųstuvą, o nereaguoti į kitą. Tai įvyksta ne tik ant membranos, bet ir bet kuriame organe, pavyzdžiui, raumenyje, todėl jis susitraukia. Signalai-impulsai per sinapses gali slopinti arba sustiprinti kitų perdavimą, todėl neuronai atlieka logines funkcijas („ir“, „arba“), kurios tam tikru mastu buvo pagrindas N. Wieneriui manyti, kad skaičiavimo procesai gyvo organizmo smegenys ir kompiuteriuose iš esmės vadovaujasi tuo pačiu modeliu. Tuomet informacinis požiūris leidžia vieningai apibūdinti negyvąją ir gyvąją gamtą.

Pats signalo, įtakojančio membraną, procesas susideda iš jos didelės elektrinės varžos keitimo, nes potencialų skirtumas joje taip pat yra 0,01 V. Sumažėjus varžai, padidėja elektros srovės impulsas ir perduodamas sužadinimas. toliau nervinio impulso pavidalu, taip pakeičiant tam tikrų jonų galimybę praeiti pro membraną. Taigi informacija organizme gali būti perduodama kartu cheminiais ir fiziniais mechanizmais, o tai užtikrina jos perdavimo ir apdorojimo kanalų patikimumą ir įvairovę gyvoje sistemoje.

Gyvo organizmo normalaus kvėpavimo procesai, kuriems reikalingas fotosintezės metu gaunamas deguonis O2, glaudžiai susiję su normalaus gyvo organizmo kvėpavimo procesais, kai ląstelės mitochondrijose susidaro ATP molekulės, aprūpinančios ją reikalingos energijos. Šių procesų mechanizmai taip pat pagrįsti difuzijos dėsniais. Iš esmės tai yra gyvam organizmui būtini materialūs ir energetiniai komponentai. Fotosintezė – tai saulės energijos kaupimo procesas, formuojant naujus ryšius susintetintų medžiagų molekulėse. Pradinės fotosintezės medžiagos yra vanduo H 2 O ir anglies dioksidas CO 2. Iš šių paprastų neorganinių junginių susidaro sudėtingesnės, daug energijos turinčios maistinės medžiagos. Molekulinis deguonis O2 susidaro kaip šalutinis produktas, bet mums labai svarbus. Pavyzdys yra reakcija, atsirandanti dėl šviesos kvantų sugerties ir chloroplastuose esančio chlorofilo pigmento.

Rezultatas yra viena molekulė cukraus C 6 H 12 O 6 ir šešios deguonies O 2 molekulės. Procesas vyksta etapais, pirmiausia fotolizės stadijoje, skaldant vandenį susidaro vandenilis ir deguonis, o vėliau vandenilis, susijungęs su anglies dioksidu, sudaro angliavandenį - cukrų C 6 H 12 O 6. Iš esmės fotosintezė yra saulės spinduliavimo energijos pavertimas besiformuojančių organinių medžiagų cheminių ryšių energija. Taigi fotosintezė, kuri gamina deguonį O 2 šviesoje, yra biologinis procesas, aprūpinantis gyvus organizmus laisvos energijos. Normalaus kvėpavimo procesas, kaip medžiagų apykaitos procesas organizme, susijęs su deguonies vartojimu, yra atvirkštinis fotosintezės procesas. Abu šie procesai gali sekti tokia grandine:

Saulės energija (fotosintezė)

maistinės medžiagos + (kvėpavimas)

Cheminių jungčių energija.

Galutiniai kvėpavimo produktai yra fotosintezės pradinės medžiagos. Taigi fotosintezės ir kvėpavimo procesai dalyvauja medžiagų cikle Žemėje. Dalį saulės spinduliuotės sugeria augalai ir kai kurie organizmai, kurie, kaip jau žinome, yra autotrofai, t.y. savarankiškai maitinasi (jų maistas yra saulės šviesa). Dėl fotosintezės proceso autotrofai suriša atmosferos anglies dioksidą ir vandenį, sudarydami iki 150 milijardų tonų organinių medžiagų, pasisavindami iki 300 milijardų tonų CO 2 ir kasmet išskirdami apie 200 milijardų tonų laisvo deguonies O 2 .

Susidariusias organines medžiagas kaip maistą naudoja žmonės ir žolėdžiai gyvūnai, kurie savo ruožtu minta kitais heterotrofais. Tada augalų ir gyvūnų liekanos suskaidomos į paprastas neorganines medžiagas, kurios vėl gali dalyvauti fotosintezėje CO 2 ir H 2 O pavidalu. Dalis gautos energijos, įskaitant sukauptą iškastinio kuro pavidalu, sunaudojama gyvų organizmų vartojimui, o dalis nenaudingai išsklaido į aplinką. Todėl fotosintezės procesas dėl gebėjimo aprūpinti jį reikiama energija ir deguonimi tam tikrame Žemės biosferos vystymosi etape yra gyvų būtybių evoliucijos katalizatorius.

Difuzijos procesai yra metabolizmo pagrindas ląstelėje, o tai reiškia, kad su jų pagalba šie procesai vyksta organų lygiu. Taip augalų šaknų plaukuose, gyvūnų ir žmonių žarnyne vyksta absorbcijos procesai; dujų mainai augalų stomatose, žmonių ir gyvūnų plaučiuose bei audiniuose, šalinimo procesai.

Biologai daugiau nei 150 metų tiria ląstelių struktūrą ir tyrinėja, pradedant Schleidenu, Schwannu, Purime ir Virchow, kurie 1855 metais nustatė ląstelių augimo mechanizmą jas dalindami. Nustatyta, kad kiekvienas organizmas vystosi iš vienos ląstelės, kuri pradeda dalytis ir dėl to susidaro daug ląstelių, kurios pastebimai skiriasi viena nuo kitos. Tačiau kadangi organizmo vystymasis iš pradžių prasidėjo nuo pirmosios ląstelės dalijimosi, tai viename savo gyvavimo ciklo etape išlaikome panašumų su labai tolimu vienaląsčiu protėviu, ir juokais galima sakyti, kad greičiausiai esame kilę iš ameba nei iš beždžionės.

Iš ląstelių susidaro organai, o ląstelių sistema įgyja savybių, kurių neturi ją sudarantys elementai, t.y. atskiros ląstelės. Šie skirtumai atsiranda dėl tam tikros ląstelės sintezuojamų baltymų rinkinio. Priklausomai nuo jų funkcionalumo yra raumenų ląstelės, nervų ląstelės, kraujo ląstelės (eritrocitai), epitelio ląstelės ir kt. Ląstelių diferenciacija vyksta palaipsniui organizmo vystymosi metu. Ląstelių dalijimosi, jų gyvavimo ir mirties procese vyksta nuolatinis ląstelių pakeitimas per visą organizmo gyvenimą.

Nė viena molekulė mūsų organizme išlieka nepakitusi ilgiau nei kelias savaites ar mėnesius. Per šį laiką molekulės susintetinamos, atlieka savo vaidmenį ląstelės gyvenime, sunaikinamos ir pakeičiamos kitomis, daugiau ar mažiau identiškomis molekulėmis. Nuostabiausia yra tai, kad gyvi organizmai kaip visuma yra daug pastovesni nei juos sudarančios molekulės, o ląstelių ir viso kūno, susidedančio iš šių ląstelių, struktūra šiame nenutrūkstamame cikle išlieka nepakitusi, nepaisant pakeitimo. atskiri komponentai.

Be to, tai ne atskirų automobilio dalių keitimas, o, kaip vaizdžiai palygina S. Rose, kėbulas su mūriniu pastatu, „iš kurio pamišęs mūrininkas naktį ir dieną be pertraukos išima vieną plytą po kitos ir įdeda naujas. jų vietoje. Tuo pačiu metu pastato išorinė išvaizda išlieka ta pati, tačiau medžiaga nuolat keičiama. Mes gimstame su kai kuriais neuronais ir ląstelėmis, o su kitais mirštame. Pavyzdys – vaiko ir seno žmogaus sąmonė, supratimas ir suvokimas. Visose ląstelėse yra visa genetinė informacija, skirta visų konkretaus organizmo baltymų konstravimui. Paveldima informacija saugoma ir perduodama naudojant ląstelės branduolį.

Išvada: Plazmos membranos pralaidumo vaidmuo ląstelių gyvenime negali būti perdėtas. Dauguma procesų, susijusių su ląstelės aprūpinimu energija, produktų gavimu ir skilimo produktų pašalinimu, yra pagrįsti difuzijos dėsniais per šią pusiau pralaidžią gyvą barjerą.

Osmosas- iš esmės paprastas vandens difuzija iš vietų, kuriose yra didesnė vandens koncentracija, į vietas, kuriose vandens koncentracija mažesnė.

Pasyvus transportas– tai medžiagų perkėlimas iš aukšto elektrocheminio potencialo vietų į žemesnės vertės vietas. Mažų vandenyje tirpių molekulių perkėlimas atliekamas naudojant specialius transportavimo baltymus. Tai specialūs transmembraniniai baltymai, kurių kiekvienas yra atsakingas už konkrečių molekulių arba susijusių molekulių grupių transportavimą.

Dažnai būtina užtikrinti molekulių pernešimą per membraną prieš jų elektrocheminį gradientą. Šis procesas vadinamas aktyvus transportas ir jį vykdo baltymai-nešėjai, kurių veiklai reikia energijos. Jei baltymą nešiklį sujungsite su energijos šaltiniu, galite gauti mechanizmą, užtikrinantį aktyvų medžiagų transportavimą per membraną.

II.6. Difuzijos taikymas.

Žmogus difuzijos reiškinius naudojo nuo senų senovės. Šis procesas apima maisto ruošimą ir namų šildymą. Su difuzija susiduriame termiškai apdorojant metalus (virinant, lituojant, pjaustant, dengiant ir kt.); metalo gaminių paviršiaus padengimas plonu metalų sluoksniu, siekiant padidinti detalių ir prietaisų cheminį atsparumą, stiprumą, kietumą arba apsauginiais ir dekoratyviniais tikslais (cinkavimas, chromavimas, nikeliavimas).

Natūralios degios dujos, kurias naudojame namuose gamindami maistą, neturi nei spalvos, nei kvapo. Todėl iš karto pastebėti dujų nuotėkį būtų sunku. O kai yra nuotėkis, dėl difuzijos dujos pasklinda po visą patalpą. Tuo tarpu uždaroje patalpoje esant tam tikram dujų ir oro santykiui, susidaro mišinys, kuris gali sprogti, pavyzdžiui, nuo uždegto degtuko. Dujos taip pat gali sukelti apsinuodijimą.

Kad dujų srautas į patalpą būtų pastebimas, paskirstymo stotyse degios dujos iš anksto sumaišomos su specialiomis medžiagomis, kurios turi stiprų nemalonų kvapą, kurį žmogus lengvai suvokia net esant labai mažoms koncentracijoms. Ši atsargumo priemonė leidžia greitai pastebėti patalpoje susikaupusias dujas, jei įvyktų nuotėkis.

Šiuolaikinėje pramonėje naudojamas vakuuminis formavimas, gaminių iš lakštinio termoplastiko gamybos būdas. Reikiamos konfigūracijos gaminys gaunamas dėl slėgio skirtumo, atsirandančio dėl vakuumo formos ertmėje, virš kurios tvirtinamas lapas. Jis naudojamas, pavyzdžiui, talpų, šaldytuvų dalių, prietaisų korpusų gamyboje. Dėl difuzijos tokiu būdu galima suvirinti tai, ko neįmanoma suvirinti savarankiškai (metalas su stiklu, stiklas ir keramika, metalai ir keramika ir daug daugiau).

Dėl įvairių urano izotopų difuzijos per porėtas membranas apdorojamas branduolinių reaktorių kuras. Kartais branduolinis kuras vadinamas branduoliniu kuru.

Medžiagų absorbcija (rezorbcija), patekusi į poodinį audinį, į raumenis arba patekusi ant akies, nosies ar ausies kanalo gleivinės, daugiausia vyksta dėl difuzijos. Tai yra daugelio vaistinių medžiagų naudojimo pagrindas, o įsisavinimas raumenyse vyksta greičiau nei odoje.

Populiari išmintis sako: „Pjaukite plaukus, kol rasa“. Sakykite, ką su tuo turi difuzija ir rytinis šienavimas? Paaiškinimas labai paprastas. Rytinės rasos metu žolėms padidėja turgorinis slėgis, stomatai yra atviri, stiebai yra elastingi, todėl jas lengviau pjauti (žolė, pjaunama uždaromis stomomis, blogiau džiūsta).

Sodininkystėje, sodinant ir skiepijant augalus, dėl difuzijos pjūviuose susidaro kaliusas (iš lot. Callus - callus) - žaizdos audinys antplūdžio pavidalu pažeidimo vietose ir skatina jų gijimą, užtikrina atžalų susiliejimą su poskiepis.

Kaliusas naudojamas izoliuotai audinių kultūrai gauti (eksplantacijai). Tai iš žmogaus kūno, gyvūnų ir augalų išskirtų ląstelių, audinių, smulkių organų ar jų dalių ilgalaikio konservavimo ir kultivavimo specialiose maistinėse terpėse būdas. Remiantis mikroorganizmų kultūros auginimo metodais, užtikrinančiais aseptiką, mitybą, dujų mainus ir kultūrinių objektų medžiagų apykaitos produktų pašalinimą. Vienas iš audinių kultūros metodo privalumų – galimybė mikroskopu stebėti gyvybinę ląstelių veiklą. Norėdami tai padaryti, augalų audiniai auginami maistinėse terpėse, kuriose yra auksinų ir citokininų. Dažniausiai kaliusas susideda iš menkai diferencijuotų vienarūšių lavinančio audinio ląstelių, tačiau pasikeitus augimo sąlygoms, ypač fitohormonų kiekiui maistinėje terpėje, jame galimas floemo, ksilemo ir kitų audinių susidarymas, įvairių organų vystymasis. ir visas augalas.

II.7. Individualių eksperimentų projektavimas.

Naudodamasis moksline literatūra, bandžiau pakartoti man įdomiausius eksperimentus. Pristatyme pavaizdavau difuzijos mechanizmą ir šių eksperimentų rezultatus animacinių modelių pavidalu.

PATIRTIS 1. Paimkite du mėgintuvėlius: vieną pusę užpildykite vandeniu, kitą pusę užpildykite smėliu. Supilkite vandenį į mėgintuvėlį su smėliu. Vandens ir smėlio mišinio tūris mėgintuvėlyje yra mažesnis už vandens ir smėlio tūrių sumą.

PATIRTIS 2.Į ilgą stiklinį vamzdelį iki pusės pripildykite vandens ir ant viršaus užpilkite spalvoto alkoholio. Pažymėkite bendrą skysčių lygį vamzdyje guminiu žiedu. Sumaišius vandenį ir alkoholį, mišinio tūris mažėja.

(1 ir 2 eksperimentai įrodo, kad tarp medžiagos dalelių yra tarpai; difuzijos metu jie užpildomi svetimos medžiagos dalelėmis.)

PATIRTIS 3. Amoniaku sudrėkintą vatą kontaktuojame su indikatoriumi fenolftaleinu sudrėkinta vata. Stebime vilnų spalvą tamsiai raudona spalva.

Dabar ant stiklinio indo dugno dedama amoniaku suvilgyta vata, o suvilgyta fenolftaleinu. Pritvirtinkite jį prie dangčio ir uždenkite stiklinį indą šiuo dangteliu. Po kurio laiko fenolftaleinu suvilgyta vata pradeda dažytis.

Dėl sąveikos su amoniaku fenolftaleinas tampa tamsiai raudonas, ką mes pastebėjome, kai vata liečiasi. Bet kodėl tada antruoju atveju vata, suvilgyta fenolftaleinu. Taip pat nudažytas, nes dabar vilnos nesusiliečia? Atsakymas: nuolatinis chaotiškas medžiagų dalelių judėjimas.

PATIRTIS 4. Išilgai aukšto cilindrinio indo sienelės uždėkite siaurą filtravimo popieriaus juostelę, suvilgytą krakmolo pastos ir fenolftaleino indikatoriaus tirpalo mišinyje. Į indo dugną įdėkite jodo kristalus. Indą sandariai uždarykite dangteliu, nuo kurio pakabinama amoniako tirpale suvilgyta vata.

Dėl jodo sąveikos su krakmolu popieriaus juosta pakyla mėlynai violetinė spalva. Tuo pačiu metu žemyn plinta tamsiai raudona spalva – tai amoniako molekulių judėjimo įrodymas. Po kelių minučių susidurs spalvotų popieriaus sričių ribos, tada susimaišys mėlyna ir tamsiai raudona spalvos, tai yra, įvyksta difuzija.[10]

PATIRTIS 5.(išleisk kartu) Paimk laikrodį su antra rodykle, matavimo juostą, buteliuką tualetinio vandens ir pastatyk skirtinguose kambario kampuose. Vienas pažymi laiką ir atidaro butelį. Kitas pažymi laiką, kai užuodžia tualetinį vandenį. Išmatavę atstumą tarp eksperimentatorių, randame difuzijos greitį. Siekiant tikslumo, eksperimentas kartojamas 3–4 kartus ir randama vidutinė greičio reikšmė. Jei atstumas tarp eksperimentuotojų yra 5 metrai, tai kvapas jaučiamas po 12 minučių. Tai yra, difuzijos greitis šiuo atveju yra 2,4 m/min.

PATIRTIS 6. PLAZMOS KLAMPUMO NUSTATYMAS PLAZMOLIZĖS METODU (pagal P.A. Genkelį).

Išankstinis greitis išgaubta plazmolizė augalų ląstelėse, kai jos apdorojamos hipertaniniu tirpalu, priklauso nuo citoplazmos klampumo; kuo mažesnis citoplazmos klampumas, tuo greičiau įgaubta plazmolizė virsta išgaubta. Citoplazmos klampumas priklauso nuo koloidinių dalelių dispersijos laipsnio ir jų hidratacijos, nuo vandens kiekio ląstelėje, nuo ląstelių amžiaus ir kitų veiksnių.

Progresas. Padarykite ploną epidermio atkarpą iš alavijo lapo arba nuplėškite epidermį nuo minkštų svogūno žvynų. Paruoštos sekcijos 10 minučių tonuojamos laikrodžio stikle neutraliame raudoname tirpale, kurio koncentracija yra 1:5000. Tada objekto dalys dedamos ant stiklinio stiklelio mažos koncentracijos sacharozės laše ir uždengiamos vienu dengiamuoju stikleliu. Mikroskopu stebima plazmolizės būklė. Pirma, ląstelėse stebima įgaubta plazmolizė. Vėliau ši forma išsaugoma arba, skirtingu greičiu, virsta išgaubta. Svarbu atkreipti dėmesį į perėjimo nuo įgaubtos iki išgaubtos plazmolizės laiką. Laikotarpis, per kurį įgaubta plazmolizė virsta išgaubta plazmolize, yra protoplazmos klampumo laipsnio rodiklis. Kuo ilgesnis perėjimo į išgaubtą plazmolizę laikas, tuo didesnis plazmos klampumas. Plazmolizė svogūnų ląstelėse prasideda greičiau nei alavijo odoje. Tai reiškia, kad alavijo ląstelių citoplazma yra klampesnė.

PATIRTIS 7. PLAZMOLIZE. DEPLAZMOLIZĖ. MEDŽIAGŲ PASVEIKIMAS Į VAKUULĘ [2]

Kai kurios organinės medžiagos gana greitai prasiskverbia į vakuolę. Ląstelėse, laikant jas tokių medžiagų tirpaluose, gana greitai prarandama plazmolizė ir vyksta deplazmolizė.

Deplazmolizė yra ląstelių turgoro atkūrimas(t. y. priešingas reiškinys plazmolizei).

Progresas. Spalvotų svogūnų žvynų viršutinio epidermio atkarpos (įgaubta pusė) dedamos į 1 M augalų trąšų karbamido arba glicerolio tirpalą tiesiai ant stiklelio ir uždengiamos dengiamuoju stikleliu. Po 15-30 minučių objektai tiriami mikroskopu. Plazmolizuotos ląstelės aiškiai matomos. Palikite pjūvius tirpalo laše dar 30-40 minučių. Tada jie vėl žiūri pro mikroskopą ir stebi deplazmolizę - turgoro atkūrimą.

Išvada : Augalai negali aiškiai kontroliuoti į ląsteles patenkančių ir išeinančių cheminių medžiagų kiekio.

III. Išvada.

Difuzijos dėsniai reguliuoja fizinių ir cheminių elementų judėjimo procesus žemės viduje ir Visatoje, taip pat gyvybinius gyvų organizmų ląstelių ir audinių procesus. Difuzija vaidina svarbų vaidmenį įvairiose mokslo ir technologijų srityse, gyvojoje ir negyvojoje gamtoje vykstančiuose procesuose. Difuzija turi įtakos daugelio cheminių reakcijų eigai, taip pat daugeliui fizikinių ir cheminių procesų ir reiškinių: membranos, garavimo, kondensacijos, kristalizacijos, tirpimo, brinkimo, degimo, katalizinės, chromatografinės, liuminescencinės, elektrinės ir optinės puslaidininkiuose, neutronų slopinimas branduoliniuose reaktoriuose ir kt. . Difuzija turi didelę reikšmę formuojant dvigubą elektrinį sluoksnį ties fazių ribomis, difuzija ir elektroforezė, fotografuojant greitai gaunami vaizdai ir kt. Difuzija yra daugelio įprastų techninių operacijų pagrindas: miltelių sukepinimas, cheminis-terminis apdorojimas. metalų, medžiagų metalizavimas ir suvirinimas, odos ir kailių rauginimas, pluoštų dažymas, dujų judėjimas difuzijos siurbliais. Difuzijos vaidmuo labai išaugo dėl poreikio kurti medžiagas, turinčias iš anksto nustatytas savybes, skirtas technologijų sritims (branduolinės energijos, astronautikos, radiacijos ir plazmos cheminių procesų ir kt.). Difuziją reglamentuojančių dėsnių žinojimas leidžia išvengti nepageidaujamų produktų pokyčių, atsirandančių veikiant didelėms apkrovoms ir temperatūroms, radiacijai ir daugybei kitų...

Koks būtų pasaulis be difuzijos? Sustabdykite dalelių šiluminį judėjimą - ir viskas aplink taps mirusi!

Savo darbe apibendrinau santraukos tema surinktą medžiagą ir jos gynimui parengiau Power Point redaktoriuje padarytą prezentaciją. Šis pristatymas, mano nuomone, gali paįvairinti pamokos medžiagą šia tema. Kai kuriuos literatūroje aprašytus eksperimentus pakartojau ir šiek tiek modifikavau. Įdomiausi difuzijos pavyzdžiai pateikiami pristatymo skaidrėse animuotuose modeliuose.

IV. Naudotos knygos:

1. Antonovas V.F., Chernysh A.M., Pasechnik V.I. ir kt., Biofizika.

M., Arktos-Vika-press, 1996 m

2. Afanasjevas Yu.I., Jurina N.A., Kotovskis E.F. ir kt.. Histologija.

M. Medicina, 1999 m.

3. Alberts B., Bray D., Lewis J. ir kt., Ląstelės molekulinė biologija.

3 tomuose. 1 tomas. M., Mir, 1994 m.

4. Didžioji Kirilo ir Metodijaus enciklopedija 2006 m

5. Varikas V.M. ir kt.. Fizika gyvojoje gamtoje. Minskas, 1984 m.

6. Demjankovas E.N. Problemos biologijoje. M. Vlados, 2004 m.

7. Nikolajevas N.I. Difuzija membranose. M. Chemija, 1980, 76 p

8. Peryshkin A.V. Fizika. 7. M. Bustardas, 2004 m.

9. Fizinis enciklopedinis žodynas, M., 1983, p. 174-175, 652, 754

10. Šablovskis V. Pramoginė fizika. Sankt Peterburgas, „trigon“ 1997, p.416

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“ Kategorijos: Reiškiniai atominiame lygyje | Termodinamikos reiškiniai | Perdavimo reiškiniai | Difuzija

Straipsnyje parodomas difuzinių procesų vaidmuo tradiciniu būdu susiūtose žaizdose ir autorių pasiūlytas metodas. Difuzinių procesų žaizdose gerinimas gydant aparatiniu metodu yra teoriškai pagrįstas.

Įvairių etiologijų žaizdų gijimo problema yra viena iš pagrindinių medicinos sričių, nepraradusi savo svarbos iki šių dienų. Šios patologijos gydymas per trumpiausią įmanomą laiką be pūlingų komplikacijų įmanomas tik tuo atveju, jei gydymo įstaigos yra pakankamai aprūpintos moderniais veiksmingais žaizdų gijimo vaistais.

Žaizdos proceso metu vietinė ir bendra organizmo reakcija tiesiogiai priklauso nuo audinių ir organų pažeidimo sunkumo ir savybių. Vietiniai ir bendrieji reaktyvūs procesai regeneracijos procesų metu yra tiesiogiai ir atvirkščiai susiję, būdami tarpusavyje priklausomi ir įtakojantys vienas kitą. Žaizdų gydymo pagrindas – gebėjimas kontroliuoti žaizdos proceso eigą. Ši problema visada yra mokslininkų ir praktikuojančių chirurgų akiratyje.

Daugelis naudojamų žaizdų gydymo metodų priklauso farmakologinei grupei. Tuo pačiu metu buvo pasiūlyta daug techninių priemonių žaizdoms gydyti. Tačiau labiausiai paplitęs žaizdų susiuvimo būdas yra apskritas vertikalus siūlas.

Žmogaus oda, susidedanti iš kolageno baltymų, yra ideali natūrali membrana, atliekanti daugybę medžiagų apykaitos ir apsauginių funkcijų. Šie procesai daugiausia atsiranda dėl difuzijos. Difuzija (iš lot. diffusio – plitimas, plitimas), abipusis besiliečiančių medžiagų skverbimasis viena į kitą dėl medžiagos dalelių judėjimo.

Difuzija yra molekulinio lygmens procesas, kurį lemia atsitiktinis atskirų molekulių judėjimo pobūdis. Todėl difuzijos greitis yra proporcingas vidutiniam molekulių greičiui. Difuzija vyksta medžiagos koncentracijos mažėjimo kryptimi ir lemia tolygų medžiagos pasiskirstymą visame jos užimamame tūryje (siekiant išlyginti cheminės medžiagos potencialą).

Difuzinių procesų vaidmuo žaizdų gijimo patogenezėje ir gydyme yra labai didelis. Pavyzdžiui, odos transplantologijoje atvartų storis vaidina didžiulį vaidmenį gydant nudegusias žaizdas, nes teigiamai veikia difuzijos procesus tarp transplantato ir žaizdos paviršiaus.

Tačiau difuzinių procesų reikšmė žaizdoje praktiškai netirta. Žaizdos kraštai yra laidžios sistemos, kuriose normaliomis sąlygomis turėtų vykti difuziniai procesai. Šis procesas schematiškai parodytas 1 paveiksle.

Schemoje matyti, kad chirurginė žaizda (1), susiūta tradicinėmis apskritomis vertikaliomis siūlėmis pagal A. N. Golikovo klasifikaciją, turi tam tikrų trūkumų. Chirurginis siūlas (2), kuris yra priemonė suartinti žaizdos kraštus, atlieka visišką audinio išemiją (5), dėl kurios susidaro „tyliosios zonos“, skirtos difuzijos procesams praeiti. sukelia difuzijos vektoriaus (3) deformaciją (4). Dėl to tradiciškai naudojamas chirurginis siūlas sukelia dirbtinį audinių sričių, kurios nedalyvauja regeneracijos procesuose, formavimą. Be to, nepalankiais atvejais šie „audinių defektai“ yra infekcinio proceso židinių susidarymo šaltiniai. Nes dėl to audinys, netekęs galimybės gauti maistinių medžiagų, deguonies ir kt., nekrozuoja, o tai baigiasi rando susidarymu. Priešingu atveju nekrozinės audinių masės yra palanki terpė veistis patogenams.

Aparatūros metodas gavo 2007 m. rugpjūčio 15 d. Kazachstano Respublikos nacionalinio intelektinės nuosavybės instituto saugos dokumentą Nr. 13864. Pagrindinis siūlomo metodo principas yra sandarus žaizdų kraštų uždarymas vienas prie kito, naudojant fizines ir mechanines technikas. Išilgai žaizdos krašto dedama pakankamai ilgio nailono linija, sukurianti „ligatūrinį lanką“, kuris galuose pritvirtinamas prie autoriaus dizaino aparato galų.

Surinktas autoriaus aparatas yra rėmo formos, keturkampio lygiagretainio, kurio šonai sudaryti iš strypų, o galai yra judantys strypai, išdėstyti ir pritvirtinti prie strypų dviem veržlėmis abiejuose galuose. kaiščių, ant judančių strypų išgręžiamos tokio pat skersmens skylės strypams ir sriegių ligatūros tvirtinimui (2 pav.).

regeneracijos procesai. Aparatūros metodo veiksmingumas įrodytas eksperimentiškai ir kliniškai.

Taigi, buvo pasiūlytas teorinis siūlomo aparatinio metodo efektyvumo pagrindimas, lyginant su tradiciniais žaizdų susiuvimo metodais. Taip yra dėl padidėjusio spaudimo žaizdos srityje (dėl prietaiso konstrukcijos ypatumų), todėl vietiškai padidėja difuzijos greitis.

Literatūra

1. Golikovas A.N. Granuliuojančios žaizdos, uždarytos siūlais, gijimas. – Maskva: 1951. – 160 p.
2. Waldorf H., Fewres J. Žaizdų gydymas // Adv. Derm. – 1995. Nr.10. – P. 77–96.
3. Abaturova E.K., Baimatovas V.N., Batyrshina G.I. Biostimuliatorių įtaka žaizdos procesui // Morfologija. – 2002. – T. 121, Nr.2–3. – P.6.
4. Kochnev O.S., Izmailov G.S. Žaizdų susiuvimo būdai. – Kazanė: 1992. – 160 p.
5. Kiselevas S.I. Donoro odos išteklių reikšmė renkantis racionalią chirurginę taktiką pacientams, patyrusiems gilius nudegimus: Darbo santrauka. ...medicinos mokslų kandidatas. Riazanė, 1971. 17 p.

Žaralardy emdeu biologijos sindagijos difuzija

Tuyin Makalada adettegi addispen zhane makala avtorlarymen usynylyp otyrgan aparatas adistin zharalard emdeudeg difuzijos procesorius turaly itylgyn. Zharalard difuzijos procesoterdin aparatas adistin zhaksargany theory zhuzinde daleldip korsetildi.

DIFUZIJA ĮBIOLOGIJAGydymas

Abstraktus Straipsnyje parodomas difuzinių procesų vaidmuo tradiciniu būdu susiūtose žaizdose ir autorių pasiūlytas metodas. Teoriškai pasiteisino difuziniai procesai žaizdose.

Esirkepovas M.M., Nurmaševas B.K., Mukanova U.A.

Pietų Kazachstano valstybinė medicinos akademija, Šimkentas

Absoliučiai visi žmonės yra girdėję apie tokią sąvoką kaip difuzija. Tai buvo viena iš temų 7 klasėje fizikos pamokose. Nepaisant to, kad šis reiškinys mus supa absoliučiai visur, mažai žmonių apie tai žino. Ką tai vis dėlto reiškia? Kas tai fizinę reikšmę, o kaip su jo pagalba galite palengvinti gyvenimą? Šiandien apie tai kalbėsime.

Susisiekus su

Difuzija fizikoje: apibrėžimas

Tai vienos medžiagos molekulių prasiskverbimo tarp kitos medžiagos molekulių procesas. Paprastais žodžiais tariant, šis procesas gali būti vadinamas maišymu. Per šį maišymasis įvyksta abipusis medžiagos molekulių įsiskverbimas tarpusavyje. Pavyzdžiui, ruošiant kavą tirpios kavos molekulės prasiskverbia į vandens molekules ir atvirkščiai.

Šio fizinio proceso greitis priklauso nuo šių veiksnių:

1. Temperatūra.
2. Suminė medžiagos būsena.
3. Išorinė įtaka.

Kuo aukštesnė medžiagos temperatūra, tuo greičiau juda molekulės. Vadinasi, maišymo procesas greičiau atsiranda aukštoje temperatūroje.

Bendra medžiagos būsena - svarbiausias veiksnys. Kiekvienoje agregacijos būsenoje molekulės juda tam tikru greičiu.

Difuzija gali atsirasti tokiomis agregacijos būsenomis:

1. Skystis.
2. Tvirtas.

Labiausiai tikėtina, kad dabar skaitytojas turės šiuos klausimus:

1. Kokios yra difuzijos priežastys?
2. Kur tai įvyksta greičiau?
3. Kaip tai taikoma realiame gyvenime?

Atsakymus į juos rasite žemiau.

Priežastys

Absoliučiai viskas šiame pasaulyje turi savo priežastį. IR difuzija nėra išimtis. Fizikai puikiai supranta jo atsiradimo priežastis. Kaip galime juos perteikti paprastam žmogui?

Tikrai visi yra girdėję, kad molekulės nuolat juda. Be to, šis judėjimas yra netvarkingas ir chaotiškas, o jo greitis yra labai didelis. Dėl šio judėjimo ir nuolatinio molekulių susidūrimo atsiranda jų tarpusavio prasiskverbimas.

Ar yra šio judėjimo įrodymų? tikrai! Prisiminkite, kaip greitai pradėjote užuosti kvepalus ar dezodorantą? O maisto, kurį mama ruošia virtuvėje, kvapas? Prisiminkite, kaip greitai arbatos ar kavos ruošimas. Visa tai negalėjo įvykti, jei ne molekulių judėjimas. Darome išvadą, kad pagrindinė difuzijos priežastis yra nuolatinis molekulių judėjimas.

Dabar lieka tik vienas klausimas – kas sukėlė šį judėjimą? Ją skatina pusiausvyros troškimas. Tai reiškia, kad medžiagoje yra sričių, kuriose yra didelė ir maža šių dalelių koncentracija. Ir dėl šio noro jie nuolat pereina iš didelės koncentracijos srities į mažą. Jie yra nuolat susidurti vienas su kitu, ir įvyksta abipusis įsiskverbimas.

Difuzija dujose

Dalelių maišymo dujose procesas yra greičiausias. Jis gali atsirasti tiek tarp vienarūšių, tiek tarp skirtingų koncentracijų dujų.

Ryškūs pavyzdžiai iš gyvenimo:

1. Per difuziją užuodžiate oro gaiviklį.
2. Jaučiate gaminamo maisto kvapą. Atkreipkite dėmesį, kad jį pradedate jausti iš karto, bet gaiviklio kvapą po kelių sekundžių. Tai paaiškinama tuo, kad esant aukštai temperatūrai molekulių judėjimo greitis yra didesnis.
3. Ašaros, kurias gausite pjaustydami svogūnus. Svogūnų molekulės susimaišo su oro molekulėmis, ir jūsų akys į tai reaguoja.

Kaip difuzija vyksta skysčiuose?

Difuzija skysčiuose vyksta lėčiau. Tai gali trukti nuo kelių minučių iki kelių valandų.

Ryškiausi pavyzdžiai iš gyvenimo:

1. Arbatos ar kavos ruošimas.
2. Vandens ir kalio permanganato maišymas.
3. Druskos ar sodos tirpalo ruošimas.

Tokiais atvejais difuzija vyksta labai greitai (iki 10 minučių). Tačiau jei procesui taikomas išorinis poveikis, pavyzdžiui, maišant šiuos tirpalus šaukštu, procesas vyks daug greičiau ir užtruks ne ilgiau kaip minutę.

Difuzija maišant tirštesnius skysčius užtruks daug ilgiau. Pavyzdžiui, dviejų skystų metalų maišymas gali užtrukti kelias valandas. Žinoma, tai galite padaryti per kelias minutes, bet šiuo atveju tai pavyks žemos kokybės lydinys.

Pavyzdžiui, difuzija maišant majonezą ir grietinę užtruks labai ilgai. Tačiau jei pasitelksite išorinę įtaką, šis procesas neužtruks nė minutės.

Difuzija kietose medžiagose: pavyzdžiai

Kietose dalelėse abipusis dalelių prasiskverbimas vyksta labai lėtai. Šis procesas gali užtrukti keletą metų. Jo trukmė priklauso nuo medžiagos sudėties ir jos kristalinės gardelės struktūros.

Eksperimentai, įrodantys, kad difuzija kietose medžiagose egzistuoja.

1. Dviejų skirtingų metalų plokščių sukibimas. Jei šias dvi plokštes laikysite arti viena kitos ir jas slėgsite, per penkerius metus tarp jų atsiras 1 milimetro pločio sluoksnis. Šiame mažame sluoksnyje bus abiejų metalų molekulės. Šios dvi plokštės bus sujungtos kartu.
2. Ant plono švino cilindro užtepamas labai plonas aukso sluoksnis. Po to ši konstrukcija dedama į orkaitę 10 dienų. Oro temperatūra orkaitėje yra 200 laipsnių Celsijaus. Po to, kai šis cilindras buvo supjaustytas plonais diskais, labai aiškiai matėsi, kad švinas prasiskverbė į auksą ir atvirkščiai.

Sklaidos aplinkoje pavyzdžiai

Kaip jau supratote, kuo kietesnė terpė, tuo mažesnis molekulių maišymosi greitis. Dabar pakalbėkime apie tai, kur realiame gyvenime galite gauti praktinės naudos iš šio fizinio reiškinio.

Sklaidos procesas mūsų gyvenime vyksta nuolat. Net kai gulime ant lovos, paklodės paviršiuje lieka labai plonas mūsų odos sluoksnis. Taip pat sugeria prakaitą. Būtent dėl ​​to lova išsipurvina ir ją reikia keisti.

Taigi, šio proceso pasireiškimas kasdieniame gyvenime gali būti toks:

1. Kai tepate sviestą ant duonos, jis į ją susigeria.
2. Marinuojant agurkus, druska pirmiausia pasiskirsto su vandeniu, po to sūrus vanduo pradeda sklisti su agurkais. Dėl to gauname skanų užkandį. Bankus reikia suvynioti. Tai būtina norint užtikrinti, kad vanduo neišgaruotų. Tiksliau, vandens molekulės neturėtų difunduoti su oro molekulėmis.
3. Plaunant indus vandens ir ploviklio molekulės prasiskverbia į likusių maisto gabalėlių molekules. Tai padeda jiems nulipti nuo plokštelės ir padaryti ją švaresnę.

Sklaidos gamtoje pasireiškimas:

1. Apvaisinimo procesas vyksta būtent dėl ​​šio fizinio reiškinio. Kiaušinio ir spermos molekulės difunduoja, po to atsiranda embrionas.
2. Dirvožemio tręšimas. Naudojant tam tikras chemines medžiagas ar kompostą, dirva tampa derlingesnė. Kodėl tai vyksta? Idėja yra ta, kad trąšų molekulės difunduoja su dirvožemio molekulėmis. Po to vyksta difuzijos procesas tarp dirvožemio molekulių ir augalo šaknies. Dėl to sezonas bus produktyvesnis.
3. Pramoninių atliekų maišymas su oru jas labai užteršia. Dėl to kilometro spinduliu oras tampa labai nešvarus. Jo molekulės difunduoja su švaraus oro molekulėmis iš kaimyninių vietovių. Taip prastėja aplinkos situacija mieste.

Šio proceso pasireiškimas pramonėje:

1. Silikonizavimas yra difuzinio prisotinimo siliciu procesas. Jis atliekamas dujų atmosferoje. Siliciu prisotintas detalės sluoksnis nepasižymi labai dideliu kietumu, tačiau pasižymi dideliu atsparumu korozijai ir padidintu atsparumu dilimui jūros vandenyje, azoto, druskos ir sieros rūgštyse.
2. Difuzija metaluose vaidina svarbų vaidmenį lydinių gamyboje. Norint gauti aukštos kokybės lydinį, lydinius reikia gaminti aukštoje temperatūroje ir veikiant išoriniam poveikiui. Tai žymiai pagreitins difuzijos procesą.

Šie procesai vyksta įvairiose pramonės šakose:

1. Elektroninė.
2. Puslaidininkis.
3. Mechaninė inžinerija.

Kaip jūs suprantate, sklaidos procesas gali turėti ir teigiamą, ir neigiamą poveikį mūsų gyvenimui. Turite mokėti tvarkyti savo gyvenimą ir maksimaliai padidinti šio fizinio reiškinio naudą, taip pat sumažinti žalą.

Dabar jūs žinote tokio fizinio reiškinio kaip difuzija esmę. Jį sudaro abipusis dalelių įsiskverbimas dėl jų judėjimo. O gyvenime absoliučiai viskas juda. Jei esate studentas, tada perskaitę mūsų straipsnį tikrai gausite 5 balą. Sėkmės jums!

Difuzija

Difuzijos pavyzdys – dujų maišymasis (pavyzdžiui, sklinda kvapai) arba skysčiai (jei į vandenį pilamas rašalas, po kurio laiko skystis įgaus vienodos spalvos). Kitas pavyzdys siejamas su kieta medžiaga: kontaktuojančių metalų atomai susimaišo ties kontakto riba. Dalelių difuzija vaidina svarbų vaidmenį plazmos fizikoje.

Dažniausiai difuzija suprantama kaip procesai, lydimi medžiagos pernešimo, tačiau kartais difuzija vadinami ir kiti perdavimo procesai: šilumos laidumas, klampi trintis ir kt.

Sklaidos greitis priklauso nuo daugelio veiksnių. Taigi metalinio strypo atveju šiluminė difuzija vyksta labai greitai. Jei strypas pagamintas iš sintetinės medžiagos, šiluminė difuzija vyksta lėtai. Molekulių difuzija bendruoju atveju vyksta dar lėčiau. Pavyzdžiui, jei į stiklinės vandens dugną dedamas cukraus gabalėlis ir vanduo nemaišomas, praeis kelios savaitės, kol tirpalas taps vienalytis. Vienos kietos medžiagos difuzija į kitą vyksta dar lėčiau. Pavyzdžiui, jei varis yra padengtas auksu, tada aukso difuzija į varį įvyks, tačiau normaliomis sąlygomis (kambario temperatūra ir atmosferos slėgis) aukso sluoksnis kelių mikronų storį pasieks tik po kelių tūkstančių metų.

Kiekybinį difuzijos procesų aprašymą pateikė vokiečių fiziologas A. Fickas ( Anglų) 1855 m

Bendras aprašymas

Visos difuzijos rūšys paklūsta tiems patiems dėsniams. Sklaidos greitis yra proporcingas mėginio skerspjūvio plotui, taip pat koncentracijų, temperatūrų ar krūvių skirtumams (jei šių parametrų reikšmės santykinai mažos). Taigi per dviejų centimetrų skersmens strypą šiluma pasklis keturis kartus greičiau nei per vieno centimetro skersmens strypą. Ši šiluma pasklis greičiau, jei temperatūrų skirtumas per vieną centimetrą bus 10°C, o ne 5°C. Difuzijos greitis taip pat yra proporcingas tam tikrą medžiagą apibūdinančiam parametrui. Šiluminės difuzijos atveju šis parametras vadinamas šilumos laidumu, elektros krūvių srauto atveju - elektros laidumu. Medžiagos kiekis, kuris išsklaido per tam tikrą laiką, ir difunduojančios medžiagos nuvažiuotas atstumas yra proporcingi difuzijos laiko kvadratinei šaknims.

Difuzija yra molekulinio lygmens procesas, kurį lemia atsitiktinis atskirų molekulių judėjimo pobūdis. Todėl difuzijos greitis yra proporcingas vidutiniam molekulių greičiui. Dujų atveju vidutinis mažų molekulių greitis yra didesnis, būtent jis yra atvirkščiai proporcingas molekulės masės kvadratinei šaknis ir didėja didėjant temperatūrai. Difuzijos procesai kietose medžiagose aukštoje temperatūroje dažnai pritaikomi praktiškai. Pavyzdžiui, tam tikrų tipų katodinių spindulių vamzdeliuose (CRT) naudojamas torio metalas, išsklaidytas per volframo metalą 2000 °C temperatūroje.

Jei dujų mišinyje vienos molekulės masė yra keturis kartus didesnė už kitos, tai tokia molekulė juda dvigubai lėčiau nei judėjimas grynose dujose. Atitinkamai, jo difuzijos greitis taip pat yra mažesnis. Šis lengvųjų ir sunkiųjų molekulių difuzijos greičio skirtumas naudojamas skirtingos molekulinės masės medžiagoms atskirti. Pavyzdys yra izotopų atskyrimas. Jei per porėtą membraną praleidžiamos du izotopai, lengvesni izotopai pro membraną prasiskverbia greičiau nei sunkesni. Norint geriau atskirti, procesas atliekamas keliais etapais. Šis procesas buvo plačiai naudojamas urano izotopams atskirti (235 U atskyrimas nuo didžiojo 238 U). Kadangi šis atskyrimo būdas reikalauja daug energijos, buvo sukurti kiti, ekonomiškesni atskyrimo būdai. Pavyzdžiui, šiluminės difuzijos panaudojimas dujų aplinkoje yra plačiai išvystytas. Dujos, kuriose yra izotopų mišinys, dedamos į kamerą, kurioje palaikomas erdvinis temperatūros skirtumas (gradientas). Tokiu atveju sunkieji izotopai laikui bėgant koncentruojasi šaltame regione.

Ficko lygtys

Termodinamikos požiūriu bet kokio niveliavimo proceso varomasis potencialas yra entropijos padidėjimas. Esant pastoviam slėgiui ir temperatūrai, tokio potencialo vaidmuo yra cheminis potencialas µ , kuris lemia medžiagų srautų palaikymą. Medžiagos dalelių srautas yra proporcingas potencialo gradientui

~

Daugeliu praktinių atvejų vietoj cheminio potencialo naudojama koncentracija C. Tiesioginis pakeitimas µ įjungta C esant didelėms koncentracijoms tampa neteisinga, nes cheminis potencialas nebėra susijęs su koncentracija pagal logaritminį dėsnį. Jei nenagrinėsime tokių atvejų, aukščiau pateiktą formulę galima pakeisti tokia:

kuris rodo, kad medžiagos srauto tankis J proporcingas difuzijos koeficientui D[()] ir koncentracijos gradientas. Ši lygtis išreiškia pirmąjį Ficko dėsnį. Antrasis Ficko dėsnis susijęs su erdviniais ir laiko koncentracijos pokyčiais (difuzijos lygtis):

Difuzijos koeficientas D priklauso nuo temperatūros. Daugeliu atvejų plačiame temperatūrų diapazone ši priklausomybė yra Arrhenius lygtis.

Papildomas laukas, taikomas lygiagrečiai cheminio potencialo gradientui, sutrikdo pastovią būseną. Šiuo atveju difuzijos procesai aprašomi netiesine Fokker-Planck lygtimi. Didelę reikšmę gamtoje turi difuzijos procesai:

• Gyvūnų ir augalų mityba, kvėpavimas;
• Deguonies prasiskverbimas iš kraujo į žmogaus audinius.

Geometrinis Fick lygties aprašymas

Antrojoje Fick lygtyje kairėje pusėje yra koncentracijos kitimo greitis laikui bėgant, o dešinėje lygties pusėje yra antroji dalinė išvestinė, išreiškianti koncentracijos erdvinį pasiskirstymą, ypač temperatūros išgaubimą. pasiskirstymo funkcija, projektuojama į x ašį.

taip pat žr

• Paviršinė difuzija yra procesas, susijęs su dalelių judėjimu, vykstančiu kondensuoto kūno paviršiuje pirmame paviršiaus atomų (molekulių) sluoksnyje arba šio sluoksnio viršuje.

Pastabos

Literatūra

• Bokšteinas B. S. Atomai klaidžioja aplink kristalą. - M.: Nauka, 1984. - 208 p. - (Biblioteka „Kvantas“. 28 leidimas). – 150 000 egzempliorių.

Nuorodos

• Difuzija (vaizdo pamoka, 7 klasės programa)
• Priemaišų atomų difuzija vieno kristalo paviršiuje

Wikimedia fondas. 2010 m.

Sinonimai:

Pažiūrėkite, kas yra „difuzija“ kituose žodynuose:

- [lat. difuzijos plitimas, plitimas] fizinis, cheminis. vienos medžiagos (dujų, skysčio, kietosios medžiagos) molekulių prasiskverbimas į kitą tiesioginio kontakto būdu arba per porėtą pertvarą. Užsienio žodžių žodynas. Komlev N.G.,...... Rusų kalbos svetimžodžių žodynas

Difuzija- – vienos medžiagos dalelių įsiskverbimas į aplinką kitos medžiagos dalelėmis, atsirandantis dėl terminio judėjimo kitos medžiagos koncentracijos mažėjimo kryptimi. [Blum E.E. Pagrindinių metalurgijos terminų žodynas. Jekaterinburgas… Statybinių medžiagų terminų, apibrėžimų ir paaiškinimų enciklopedija

Šiuolaikinė enciklopedija

- (iš lot. difusio, plitimas, dispersija), terpės dalelių judėjimas, lemiantis medžiagos pernešimą ir koncentracijų išlyginimą arba tam tikro tipo dalelių koncentracijų pusiausvyros pasiskirstymą terpėje. Nesant…… Didysis enciklopedinis žodynas

DIFUZIJA – medžiagos judėjimas mišinyje iš didelės koncentracijos srities į mažos koncentracijos sritį, sukeltas atsitiktinio atskirų atomų ar molekulių judėjimo. Difuzija sustoja, kai išnyksta koncentracijos gradientas. Greitis…… Mokslinis ir techninis enciklopedinis žodynas

difuzija- ir f. difuzijos f., vok Difuzijos lat. difuzija plinta, plinta. Abipusis besiliečiančių medžiagų įsiskverbimas viena į kitą dėl molekulių ir atomų terminio judėjimo. Dujų ir skysčių difuzija. BAS 2. || vert. Jie…… Istorinis rusų kalbos galicizmų žodynas

Difuzija- (iš lot. difuzijos pasiskirstymas, plitimas, sklaida), terpės dalelių judėjimas, lemiantis medžiagos pernešimą ir koncentracijų išlyginimą arba jų pusiausvyros pasiskirstymą. Paprastai difuziją lemia šiluminis judėjimas.... Iliustruotas enciklopedinis žodynas

Dalelių judėjimas jų koncentracijos mažėjimo kryptimi, kurį sukelia terminis judėjimas. D. lemia difuzuojančios medžiagos koncentracijų išlyginimą ir tolygų tūrio užpildymą dalelėmis.... ... Geologijos enciklopedija