Publicitate pe portal

Definiția cuvântului difuzie în biologie. Difuzia în biologia vindecării rănilor. Difuzia în regnul vegetal

V curiculumul scolar la cursul de fizică (aproximativ în clasa a VII-a), școlarii vor învăța că difuzia este un proces care este pătrunderea reciprocă a particulelor unei substanțe între particulele unei alte substanțe, în urma căruia concentrațiile sunt egalizate în întregul volum ocupat. . Această definiție este destul de greu de înțeles. Pentru a înțelege ce este difuzia simplă, legea difuziei, ecuația ei, este necesar să se studieze în detaliu materialele pe aceste probleme. Cu toate acestea, dacă o idee generală este suficientă pentru o persoană, atunci datele de mai jos vor ajuta la obținerea cunoștințelor de bază.

Fenomenul fizic - ce este

Datorită faptului că mulți oameni sunt confuzi sau nu știu deloc ce este un fenomen fizic și cum diferă acesta de unul chimic, precum și ce tip de fenomene aparține difuzia, este necesar să înțelegem ce este un fenomen fizic. . Deci, după cum știe toată lumea, fizica este o știință independentă care aparține domeniului științelor naturii, care studiază legile naturale generale despre structura și mișcarea materiei și, de asemenea, studiază materia însăși. În consecință, un fenomen fizic este un astfel de fenomen în urma căruia nu se formează substanțe noi, ci are loc doar o schimbare a structurii substanței. Diferența dintre un fenomen fizic și unul chimic constă tocmai în faptul că nu se obțin substanțe noi ca rezultat. Astfel, difuzia este un fenomen fizic.

Definiția termenului difuzie

După cum știți, pot exista multe formulări ale acestui sau aceluia concept, dar sensul general nu ar trebui să se schimbe. Iar fenomenul difuziei nu face excepție. Definiția generalizată este următoarea: difuzia este un fenomen fizic care este pătrunderea reciprocă a particulelor (molecule, atomi) a două sau mai multe substanțe până când acestea sunt distribuite uniform pe întregul volum ocupat de aceste substanțe. Ca urmare a difuziei, nu se formează substanțe noi, prin urmare este tocmai un fenomen fizic. Difuzia simplă se numește difuzie, în urma căreia are loc mișcarea particulelor din regiunea cu cea mai mare concentrație în regiunea cu concentrație mai mică, care se datorează mișcării termice (haotice, browniene) a particulelor. Cu alte cuvinte, difuzia este procesul de amestecare a particulelor de diferite substanțe, iar particulele sunt distribuite uniform pe tot volumul. Aceasta este o definiție foarte simplificată, dar cea mai de înțeles.

Tipuri de difuzie

Difuzia poate fi detectată atât la observarea substanțelor gazoase și lichide, cât și a celor solide. Prin urmare, include mai multe tipuri:

  • Difuzia cuantică este procesul de difuzie a particulelor sau a defectelor punctuale (încălcări locale ale rețelei cristaline a unei substanțe), care are loc în solide. Perturbațiile locale sunt perturbări la un anumit punct al rețelei cristaline.

  • Coloidal - difuzie care are loc în întregul volum al sistemului coloidal. Un sistem coloidal este un mediu în care sunt distribuite particule, bule, picături dintr-un alt mediu care diferă în starea lor de agregare și compoziție față de primul. Astfel de sisteme, precum și procesele care au loc în ele, sunt studiate în detaliu în cursul chimiei coloidale.
  • Convectiv - transfer de microparticule dintr-o substanță de către macroparticule medii. O ramură specială a fizicii, numită hidrodinamică, se ocupă cu studiul mișcării mediilor continue. De acolo, puteți obține cunoștințe despre stările fluxului.
  • Difuzia turbulentă este procesul de transfer al unei substanțe în alta, datorită mișcării turbulente a celei de-a doua substanțe (tipic pentru gaze și lichide).

Afirmația este confirmată că difuzia poate apărea atât în ​​gaze și lichide, cât și în solide.

Ce este legea lui Fick?

Un om de știință german, fizicianul Fick, a derivat o lege care arată dependența densității fluxului de particule printr-o unitate de suprafață de modificarea concentrației de materie pe unitatea de lungime. Această lege este legea difuziei. Legea poate fi formulată după cum urmează: fluxul de particule, care este direcționat de-a lungul axei, este proporțional cu derivata numărului de particule în raport cu variabila depusă de-a lungul axei în raport cu care este direcția fluxului de particule. determinat. Cu alte cuvinte, fluxul de particule care se deplasează în direcția axei este proporțional cu derivata numărului de particule în raport cu variabila, care este depusă de-a lungul aceleiași axe ca și fluxul. Legea lui Fick vă permite să descrieți procesul de transfer al materiei în timp și spațiu.

Ecuația de difuzie

Când fluxurile sunt prezente într-o substanță, are loc o redistribuire a substanței în sine în spațiu. În acest sens, există mai multe ecuații care descriu acest proces de redistribuire din punct de vedere macroscopic. Ecuația difuziei este diferențială. Rezultă din ecuația generală a transferului de materie, care se mai numește și ecuația continuității. În prezența difuziei, se utilizează legea lui Fick, care este descrisă mai sus. Ecuația este următoarea:

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

Metode de difuzie

Metoda difuziei, mai precis metoda implementării acesteia în materiale solide, a fost utilizată pe scară largă în ultima perioadă. Acest lucru se datorează avantajelor metodei, dintre care unul este simplitatea echipamentului utilizat și procesul în sine. Esența metodei de difuzie din surse solide este depunerea de pelicule dopate cu unul sau mai multe elemente pe semiconductori. Există mai multe alte metode de difuzie, pe lângă metoda sursei solide:

  • într-un volum închis (metoda fiolei). Toxicitatea minimă este un avantaj al metodei, dar costul ei ridicat, datorită fiolei de unică folosință, este un dezavantaj semnificativ;
  • într-un volum deschis (difuzie termică). Posibilitatea folosirii multor elemente este exclusă din cauza temperaturilor ridicate, iar difuzia laterală sunt marile dezavantaje ale acestei metode;
  • într-un volum parțial închis (metoda cutiei). Aceasta este o metodă intermediară între cele două descrise mai sus.

Pentru a afla mai multe despre metodele și caracteristicile difuzării, este necesar să se studieze literatura suplimentară dedicată în mod specific acestor probleme.

Articolul arată rolul proceselor difuze în plăgile suturate în mod tradițional și prin metoda propusă de autori. Îmbunătățirea proceselor difuze în răni în timpul tratamentului cu metoda dispozitivului este teoretic fundamentată.

Problema vindecării rănilor de diverse etiologii este una dintre principalele ramuri ale medicinei care nu și-au pierdut importanța în prezent. Tratamentul acestei patologii în cel mai scurt timp posibil, fără complicații purulente, este posibil numai cu o dotare suficientă a instituțiilor medicale cu medicamente moderne eficiente pentru vindecarea rănilor.

În procesul rănii, reacția locală și generală a corpului este direct proporțională cu severitatea și caracteristicile leziunii țesuturilor și organelor. Procesele reactive locale și generale din timpul proceselor de regenerare sunt în relație directă și inversă, fiind interdependente și influențându-se reciproc. Tratamentul plăgii se bazează pe capacitatea de a gestiona cursul procesului plăgii. Această problemă se află invariabil în câmpul vizual al oamenilor de știință și al chirurgilor practicanți.

Un număr mare de metode aplicate de tratare a rănilor aparțin grupului farmacologic. În același timp, au fost propuse un număr mare de dispozitive tehnice pentru tratarea rănilor. Cu toate acestea, cea mai comună metodă de închidere a plăgii este sutura circulară verticală.

Pielea umană, formată din proteine ​​de colagen, este o membrană naturală ideală care îndeplinește numeroase funcții metabolice și de protecție. Aceste procese se datorează în principal difuziei. Difuziunea (din latină diffusio - răspândire, răspândire), pătrunderea reciprocă a substanțelor care vin în contact unele în altele datorită mișcării particulelor de materie.

Difuzia este un proces la nivel molecular și este determinat de natura aleatorie a mișcării moleculelor individuale. Viteza de difuzie este deci proporțională cu viteza moleculară medie. Difuzia are loc în direcția scăderii concentrației unei substanțe și duce la o distribuție uniformă a substanței pe întregul volum pe care îl ocupă (la egalizarea potențialului chimic al substanței).

Rolul proceselor difuze în patogeneza și tratamentul procesului plăgii este foarte mare. De exemplu, în transplantul de piele, grosimea lambourilor joacă un rol imens în vindecarea rănilor de arsuri, deoarece are un efect pozitiv asupra proceselor difuze dintre grefă și suprafața plăgii.

Cu toate acestea, semnificația proceselor difuze în rană nu a fost practic studiată. Marginile plăgii sunt sisteme conductoare în care procesele difuze ar trebui să sufere în condiții normale. Acest proces este prezentat schematic în Figura 1.

Figura schematică arată că plaga chirurgicală (1), suturată cu suturi verticale circulare tradiționale conform clasificării lui A.N. Golikov, prezintă anumite dezavantaje. Sutura chirurgicală (2), care este un mijloc de apropiere a marginilor plăgii, realizează ischemizarea completă (5) a țesuturilor, ceea ce duce la formarea de „zone tăcute” pentru procese difuze, ceea ce duce la deformarea (4) a țesuturilor. vectorul de difuzie (3). Ca urmare, sutura chirurgicală utilizată în mod tradițional duce la formarea artificială a unor regiuni de țesut care nu sunt implicate în procesele de regenerare. Mai mult, în cazuri nefavorabile, aceste „defecte tisulare” sunt sursele formării focarelor procesului infecțios. Pentru că, ca urmare, țesutul, lipsit de acces la nutrienți, oxigen etc., se necrotizează, ceea ce se termină cu formarea unei cicatrici. În caz contrar, masele de țesut necrotic sunt favorabile mediu nutritiv pentru agenți patogeni.

Pentru metoda hardware a fost obținut un titlu de protecție al Institutului Național de Proprietate Intelectuală al Republicii Kazahstan Nr. 13864 din 15.08.2007. Principiul principal al metodei propuse este închiderea strânsă a marginilor rănilor între ele folosind tehnici fizice și mecanice. De-a lungul marginii plăgii, se aplică un fir de pescuit din nailon de lungime suficientă, creând un „arc de ligatură”, care este fixat cu capetele sale de capetele aparatului proiectat de autor.

Aparatul autorului asamblat are forma unui cadru, sub forma unui paralelogram patruunghiular, ale cărui laturi sunt tije, iar capetele sunt benzi mobile amplasate și fixate de tije prin două piulițe la ambele capete ale știfturilor, orificii de de același diametru se găuresc pe benzile mobile pentru tije și se fixează ligaturile de fire (Fig. 2).


procesele de regenerare. Eficacitatea metodei hardware a fost dovedită experimental și clinic.

Astfel, se propune teoretic să se fundamenteze eficacitatea metodei aparatului propus în comparație cu metodele tradiționale de închidere a plăgii. Acest lucru se datorează unei creșteri a presiunii pe zona plăgii (datorită caracteristicilor de proiectare ale dispozitivului) care duce la o creștere locală a ratei de difuzie.

Literatură

  1. Golikov A.N. Vindecarea unei plăgi granulare închisă cu suturi. - Moscova: 1951. - 160 p.
  2. Waldorf H., Fewres J. Vindecarea rănilor // Adv. Derm. - 1995. Nr. 10. - P. 77–96.
  3. Abaturova E.K., Baymatov V.N., Batyrshina G.I. Influența biostimulanților asupra procesului plăgii // Morfologie. - 2002. - T. 121, nr. 2–3. - P.6.
  4. Kochnev O.S., Izmailov G.S. Metode de închidere a plăgii. - Kazan: 1992 .-- 160 p.
  5. Kiselev S.I. Valoarea resurselor pielii donatorului în alegerea tacticii chirurgicale raționale la pacienții cu arsuri profunde: Rezumat al tezei. ... Candidat la Științe Medicale. Ryazan, 1971.17 p.

Zharalardy emdeu biologysyndaғy diffusion

Tuyin Maқalada әdettegi әdispen zhane maқala autorlarymen ұsynylyp otyrғan aparate әdistiң zharalardy emdeudegi difuze procesoare turaly aytylғyn. Zharalard procese difuze ale aparatului әdistiң zhaқsarғany teorie zinde dәleldip kөrsetildі.

DIFUZIA INBIOLOGIEVindecarea

Abstract Articolul arată rolul proceselor difuze în plăgile suturate în mod tradițional și metoda propusă de autori. Procesele difuze în plăgi au fost justificate teoretic.

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

Academia Medicală de Stat din Kazahstanul de Sud, Shymkent

Difuzie

Un exemplu de difuzie este amestecarea gazelor (de exemplu, răspândirea mirosurilor) sau a lichidelor (dacă este scăpată cerneală în apă, lichidul va deveni uniform colorat după un timp). Un alt exemplu este legat de un solid: atomii metalelor aflate în contact sunt amestecați la limita de contact. Difuzia particulelor joacă un rol important în fizica plasmei.

De obicei, difuzia este înțeleasă ca procese însoțite de transferul de materie, dar uneori alte procese de transfer sunt numite și difuzie: conductivitate termică, frecare vâscoasă etc.

Rata de difuzie depinde de mulți factori. Astfel, în cazul unei tije metalice, difuzia termică are loc foarte repede. Dacă tija este din material sintetic, difuzia termică este lentă. Difuzia moleculelor în cazul general se desfășoară și mai lent. De exemplu, dacă un cub de zahăr este coborât pe fundul unui pahar cu apă și apa nu este amestecată, atunci vor trece câteva săptămâni înainte ca soluția să devină omogenă. Difuzia unui solid în altul are loc și mai lent. De exemplu, dacă cuprul este acoperit cu aur, atunci va avea loc difuzia aurului în cupru, dar în condiții normale (temperatura camerei și presiunea atmosferică), stratul purtător de aur va atinge o grosime de câțiva microni abia după câteva mii de ani.

O descriere cantitativă a proceselor de difuzie a fost făcută de fiziologul german A. Fick ( Engleză) în 1855

descriere generala

Toate tipurile de difuzie se supun acelorași legi. Rata de difuzie este proporțională cu aria secțiunii transversale a probei, precum și cu diferența de concentrații, temperaturi sau încărcături (în cazul valorilor relativ mici ale acestor parametri). Astfel, căldura se va răspândi de patru ori mai repede printr-o tijă cu diametrul de doi centimetri decât printr-o tijă cu diametrul de un centimetru. Această căldură se va răspândi mai repede dacă diferența de temperatură pe centimetru este de 10 ° C în loc de 5 ° C. Rata de difuzie este, de asemenea, proporțională cu parametrul care caracterizează un anumit material. În cazul difuziei termice, acest parametru se numește conductivitate termică, în cazul unui flux de sarcini electrice - conductivitate electrică. Cantitatea de materie care difuzează într-un timp dat și distanța parcursă de materia care difuzează sunt proporționale cu rădăcina pătrată a timpului de difuzie.

Difuzia este un proces la nivel molecular și este determinat de natura aleatorie a mișcării moleculelor individuale. Viteza de difuzie este deci proporțională cu viteza moleculară medie. În cazul gazelor, viteza medie a moleculelor mici este mai mare și anume este invers proporțională cu rădăcina pătrată a masei moleculare și crește odată cu creșterea temperaturii. Procesele de difuzie în solide la temperaturi ridicate sunt adesea întâlnite uz practic... De exemplu, anumite tipuri de tuburi catodice (CRT) folosesc toriu metalic difuzat prin wolfram metalic la 2000 ° C.

Dacă într-un amestec de gaze masa unei molecule este de patru ori mai mare decât a alteia, atunci o astfel de moleculă se mișcă de două ori mai lentă decât mișcarea sa într-un gaz pur. În consecință, rata sa de difuzie este, de asemenea, mai mică. Această diferență în ratele de difuzie a moleculelor ușoare și grele este utilizată pentru a separa substanțe cu greutăți moleculare diferite. Separarea izotopilor este un exemplu. Dacă un gaz care conține doi izotopi este trecut printr-o membrană poroasă, izotopii mai ușori pătrund în membrană mai repede decât cei mai grei. Pentru o mai bună separare, procesul se desfășoară în mai multe etape. Acest proces a fost utilizat pe scară largă pentru separarea izotopilor de uraniu (separarea a 235 U de masa principală de 238 U). Deoarece această metodă de separare este consumatoare de energie, au fost dezvoltate alte metode de separare mai economice. De exemplu, utilizarea difuziei termice într-un mediu gazos este larg dezvoltată. Un gaz care conține un amestec de izotopi este plasat într-o cameră în care se menține o diferență de temperatură spațială (gradient). În acest caz, izotopii grei se concentrează în cele din urmă în regiunea rece.

Ecuațiile lui Fick

Din punctul de vedere al termodinamicii, potențialul motor al oricărui proces de nivelare este creșterea entropiei. La presiune și temperatură constante, acest potențial este jucat de potențialul chimic µ , determinând menţinerea fluxurilor de materie. Fluxul particulelor de materie este proporțional cu gradientul de potențial

~

În majoritatea cazurilor practice, în loc de potențialul chimic, se folosește concentrația C... Înlocuire directă µ pe C devine incorectă în cazul concentraţiilor mari, deoarece potenţialul chimic încetează să mai fie asociat cu concentraţia conform legii logaritmice. Dacă nu luați în considerare astfel de cazuri, atunci formula de mai sus poate fi înlocuită cu următoarea:

ceea ce arată că densitatea fluxului substanţei J proporţional cu coeficientul de difuzie D[()] și gradientul de concentrație. Această ecuație exprimă prima lege a lui Fick. A doua lege a lui Fick conectează schimbările spațiale și temporale ale concentrației (ecuația de difuzie):

Coeficientul de difuzie D depinde de temperatura. În unele cazuri, într-un interval larg de temperatură, această dependență este ecuația Arrhenius.

Un câmp suplimentar aplicat paralel cu gradientul de potențial chimic încalcă starea de echilibru. În acest caz, procesele de difuzie sunt descrise de ecuația neliniară Fokker-Planck. Procesele de difuzie au mare importanțăîn natură:

  • Nutriția, respirația animalelor și plantelor;
  • Pătrunderea oxigenului din sânge în țesutul uman.

Descrierea geometrică a ecuației Fick

În cea de-a doua ecuație Fick, în partea stângă este rata de modificare a concentrației în timp, iar în partea dreaptă a ecuației este derivata a doua parțială, care exprimă distribuția spațială a concentrației, în special, convexitatea temperaturii. funcția de distribuție proiectată pe axa x.

Vezi si

  • Difuzia de suprafață este un proces asociat cu mișcarea particulelor care are loc pe suprafața unui corp condensat în primul strat de suprafață de atomi (molecule) sau peste acest strat.

Note (editare)

Literatură

  • Bokshtein B.S. Atomii rătăcesc în jurul cristalului. - M .: Nauka, 1984 .-- 208 p. - (Biblioteca „Quant”. Numărul 28). - 150.000 de exemplare

Legături

  • Difuzie (tutorial video, program de clasa a VII-a)
  • Difuzia atomilor de impurități pe suprafața unui singur cristal

Fundația Wikimedia. 2010.

Sinonime:

Vedeți ce este „Difuziunea” în alte dicționare:

    - [lat. difuzio răspândire, răspândire] fizic., chimic. pătrunderea moleculelor unei substanțe (gaz, lichid, solid) în alta atunci când intră în contact direct sau printr-un despărțitor poros. Dicționar de cuvinte străine. Komlev N.G., ...... Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

    Difuzie- - pătrunderea particulelor unei substanțe în mediul particulelor unei alte substanțe, care are loc ca urmare a mișcării termice în direcția scăderii concentrației unei alte substanțe. [Bloom E. E. Dicţionar de termeni metalografici de bază. Ekaterinburg… Enciclopedie de termeni, definiții și explicații ale materialelor de construcție

    Enciclopedie modernă

    - (din Lat. diffusio spreading spreading, scattering), mișcarea particulelor de mediu, care duce la transferul de materie și egalizarea concentrațiilor sau la stabilirea unei distribuții de echilibru a concentrațiilor de particule de un anumit tip în mediu. În lipsa… … Dicţionar enciclopedic mare

    DIFUZIA, mișcarea unei substanțe într-un amestec dintr-o zonă de concentrație mare într-o zonă de concentrație scăzută, cauzată de mișcarea aleatorie a atomilor sau moleculelor individuale. Difuzia se oprește când gradientul de concentrație dispare. Viteza…… Dicționar enciclopedic științific și tehnic

    difuziune- și W. difuzie f., ger. Difuzie lat. difuzio răspândire, răspândire. Pătrunderea reciprocă a substanțelor în contact unele în altele datorită mișcării termice a moleculelor și atomilor. Difuzia de gaze, lichide. ALS 2. || transfer Ei… … Dicționar istoric al galicismelor rusești

    Difuzie- (din latinescul diffusio împrăștiere, împrăștiere, împrăștiere), mișcarea particulelor mediului, ducând la transferul de materie și egalizarea concentrațiilor sau stabilirea distribuției de echilibru a acestora. De obicei difuzia este determinată de mișcarea termică ...... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat

    Mișcarea particulelor în direcția scăderii concentrației lor, datorită mișcării termice. D. duce la egalizarea concentrațiilor substanței care difuzează și la umplerea uniformă a volumului cu particule. ... ... Enciclopedie geologică

Textul lucrării este plasat fără imagini și formule.
Versiunea completă a lucrării este disponibilă în fila „Fișiere de lucru” în format PDF

Introducere

Relevanța lucrării. Difuzia este un fenomen natural fundamental. Ea stă la baza transformărilor materiei și energiei. Manifestările sale au loc la toate nivelurile de organizare a sistemelor naturale de pe planeta noastră, de la nivelul particulelor elementare, atomilor și moleculelor, și terminând cu geosfera. Este utilizat pe scară largă în inginerie, în Viata de zi cu zi.

Esența difuziei este mișcarea particulelor dintr-un mediu, care duce la transferul de substanțe și egalizarea concentrațiilor sau la stabilirea unei distribuții de echilibru a particulelor de un anumit tip în mediu. Difuzia moleculelor și atomilor se datorează mișcării lor termice.

Difuzia este, de asemenea, un proces fundamental care stă la baza funcționării sistemelor vii la orice nivel de organizare, de la nivelul particulelor elementare (difuzia electronilor) până la nivelul biosferei (circulația substanțelor în biosferă).

Joacă un rol imens în natură, în viața umană și în tehnologie. Procesele de difuzie pot avea atât efecte pozitive, cât și negative asupra activității vitale a oamenilor și animalelor. Un exemplu de impact pozitiv este menținerea unei compoziții uniforme a aerului atmosferic lângă suprafața Pământului. Difuzia joacă un rol important în diverse domenii ale științei și tehnologiei, în procesele care au loc în natura animată și neînsuflețită. Ea influențează cursul reacțiilor chimice.

Cu participarea difuzării sau cu încălcarea și schimbarea acestui proces, pot apărea fenomene negative în natură și viața umană, cum ar fi poluarea extinsă a mediului cu produse ale progresului tehnologic uman.

Obiectiv: Investigați caracteristicile difuziei în gaze, lichide și solide și aflați utilizarea difuziei de către oameni și manifestarea difuziei în natură, luați în considerare influența proceselor de difuzie asupra echilibrului ecologic în natură și influența oamenilor asupra proceselor de difuzie.

Esența difuziei

Demonstrează difuzia în gaze prin pulverizarea deodorantului în colțul sălii de clasă. Răspândirea mirosului se explică prin mișcarea moleculelor. Această mișcare este continuă și dezordonată. Ciocnind cu moleculele de gaze care alcătuiesc aerul, moleculele deodorantului își schimbă de multe ori direcția de mișcare și, mișcându-se aleatoriu, se împrăștie prin încăpere.

Procesul de penetrare a particulelor (molecule, atomi, ioni) unei substanțe între particulele unei alte substanțe datorită mișcării haotice se numește difuziune(din latinescul diffusio - răspândire, răspândire, împrăștiere). Astfel, difuzia este rezultatul mișcării haotice a tuturor particulelor unei substanțe, al oricărei acțiuni mecanice.

Mișcările particulelor în timpul difuziei sunt complet aleatorii, toate direcțiile de deplasare sunt la fel de probabile,

Deoarece particulele se mișcă în gaze, lichide și solide, difuzia este posibilă în aceste substanțe. Difuzia este transferul de materie cauzat de egalizarea spontană a unei concentrații neomogene de atomi sau molecule de diferite tipuri. Dacă în vas sunt admise porțiuni din diferite gaze, atunci după un timp toate gazele sunt amestecate uniform: numărul de molecule de fiecare tip dintr-o unitate de volum a vasului va deveni constant, concentrația este nivelată. Difuzia este explicată după cum urmează. În primul rând, interfața dintre cele două medii este clar vizibilă între cele două corpuri (Fig. 1a). Apoi, datorită mișcării lor, particulele individuale de substanțe situate în apropierea locurilor de frontieră.

Granița dintre substanțe este estompată (Fig. 1b). După ce au pătruns între particulele unei alte substanțe, particulele primei încep să facă schimb de locuri cu particulele celei de-a doua, care se află în straturi din ce în ce mai adânci. Interfața dintre substanțe devine și mai vagă. Datorită mișcării continue și dezordonate a particulelor, acest proces duce în cele din urmă la faptul că soluția din vas devine omogenă (Fig. 1c).

Fig. 1. Explicarea fenomenului de difuzie.

Difuzia în natură

Cu ajutorul difuziei, în aer se răspândesc diverse substanțe gazoase: de exemplu, fumul unui incendiu se răspândește pe distanțe lungi.

Rezultatul acestui fenomen poate fi o egalizare a temperaturii din cameră în timpul ventilației. În același mod, are loc poluarea aerului cu produse industriale nocive și gaze de eșapament de la mașini. Gazul natural combustibil pe care îl folosim acasă este incolor și inodor. Când apare o scurgere, este imposibil de observat, prin urmare, la stațiile de distribuție, gazul este amestecat cu o substanță specială care are un miros înțepător, neplăcut, ușor de simțit de oameni.

Datorită fenomenului de difuzie, stratul inferior al atmosferei - troposfera - este format dintr-un amestec de gaze: azot, oxigen, dioxid de carbon și vapori de apă. În absența difuziei, stratificarea s-ar produce sub acțiunea gravitației: dedesubt ar apărea un strat de dioxid de carbon greu, deasupra acestuia ar fi oxigenul, iar deasupra lui ar fi azot gazele inerte.

De asemenea, observăm acest fenomen pe cer. Norii împrăștiați sunt, de asemenea, un exemplu de difuzie și, așa cum spune exact despre asta F. Tyutchev: „Norii se topesc pe cer...”

În lichide, difuzia are loc mai lent decât în ​​gaze, dar acest proces poate fi accelerat prin încălzire. De exemplu, pentru a mura rapid castraveții, aceștia se toarnă cu saramură fierbinte. Știm că zahărul se va dizolva mai lent în ceaiul rece decât în ​​ceaiul fierbinte.

Vara, privind furnicile, mă întrebam mereu cum își vor recunoaște, într-o lume imensă pentru ei, drumul spre casă. Se pare că fenomenul difuziei deschide această ghicitoare. Furnicile își marchează calea cu picături de lichid mirositor.

Prin difuzie, insectele își găsesc hrana pentru ele însele. Fluturii, fluturând între plante, își găsesc întotdeauna drumul către o floare frumoasă. Albinele, după ce au descoperit obiectul dulce, îl asaltează cu roiul lor.

Și planta crește, înflorește și pentru ei, datorită difuziei. La urma urmei, spunem că planta respiră și expiră aer, bea apă, primește diverși micro-aditivi din sol.

Carnivorele își găsesc prada și prin difuzie. Rechinii miros sânge la o distanță de câțiva kilometri, la fel ca peștii piranha.

Ecologia mediului se deteriorează din cauza emisiilor de substanțe chimice și alte substanțe nocive în atmosferă, în apă, iar toate acestea se răspândesc și poluează teritorii vaste. Copacii, pe de altă parte, eliberează oxigen și absorb dioxid de carbon prin difuzie.

Amestecarea se bazează pe principiul difuziei apa dulce cu sărat la confluenţa râurilor în mare. Difuzia soluțiilor de diferite săruri în sol contribuie la alimentația normală a plantelor.

În toate exemplele de mai sus, observăm pătrunderea reciprocă a moleculelor de substanțe, adică. difuziune. Pe acest proces se bazează multe procese fiziologice la oameni și animale: precum respirația, absorbția etc. În general, difuzia are o importanță deosebită în natură, dar acest fenomen este dăunător și în raport cu poluarea mediului.

2.1 Difuzia în regnul vegetal

K.A. Timiryazev a spus: „Vom vorbi despre hrănirea rădăcinii în detrimentul substanțelor din sol, fie că vom vorbi despre alimentarea cu aer a frunzelor prin atmosferă sau despre alimentarea unui organ în detrimentul altuia, vecină? : difuzie”.

Într-adevăr, difuzia joacă un rol foarte important în lumea plantelor. De exemplu, marea dezvoltare a coroanei frunzelor copacilor se explică prin faptul că schimbul de difuzie prin suprafața frunzelor îndeplinește nu numai funcția de respirație, ci parțial și de nutriție. În prezent, hrănirea foliară a pomilor fructiferi prin pulverizarea coroanelor lor este practicată pe scară largă.

Procesele difuze joacă un rol important în aprovizionarea cu oxigen a rezervoarelor naturale și a acvariilor. Oxigenul pătrunde în straturile mai adânci de apă din apele stagnante datorită difuziei prin suprafața lor liberă. Prin urmare, orice restricții asupra suprafeței libere a apei sunt nedorite. Deci, de exemplu, frunzele sau lintia de rață care acoperă suprafața apei pot opri complet accesul oxigenului la apă și pot duce la moartea locuitorilor săi. Din același motiv, vasele cu gât îngust nu sunt potrivite pentru utilizare ca acvariu.

În procesul de metabolism, atunci când nutrienții complecși sau elementele lor sunt descompuse în alții mai simple, se eliberează energia necesară activității vitale a organismului.

2.2 Rolul difuziei în nutriția plantelor.

Rolul principal în procesele de difuzie în organismele vii îl au membranele celulare, care au permeabilitate selectivă. Trecerea substanțelor prin membrană depinde de:

Dimensiunea moleculelor;

Incarcare electrica;

Despre prezența și numărul de molecule de apă;

Din solubilitatea acestor particule în grăsimi;

Din structura membranei.

Există două forme de difuzie: a) dializă- aceasta este difuzia moleculelor de solut; b) osmoză este difuzia unui solvent printr-o membrană semipermeabilă. Soluţiile de sol conţin săruri minerale şi compusi organici... Apa din sol intră în plantă prin osmoză prin membranele semipermeabile ale firelor de păr rădăcină. Concentrația de apă în sol se dovedește a fi mai mare decât în ​​interiorul firelor de păr rădăcină; prin urmare, difuzia are loc din zona cu o concentrație mai mare către zona cu o concentrație mai mică. Apoi, concentrația de apă în aceste celule devine mai mare decât în ​​cele de deasupra - apare presiunea rădăcinii, provocând un flux ascendent de suc de-a lungul rădăcinilor și tulpinii, iar pierderea apei de către frunze asigură absorbția ulterioară a apei.

Substantele minerale patrund in planta: a) prin difuzie; b) uneori prin transfer activ împotriva gradientului de concentrație, însoțit de cheltuială de energie. De asemenea, distinge presiunea turgenței- Aceasta este presiunea exercitată de conținutul celulei pe peretele celular. Este aproape întotdeauna sub presiunea osmotică a celulei sevei, deoarece exteriorul nu este apă pură, ci o soluție salină. Valoarea presiunii turgenței:

Conservarea formei organismului vegetal;

Asigurarea creșterii în celulele plantelor tinere;

Păstrarea fermității plantelor (demonstrarea plantelor de cactus și aloe);

Modelarea în absența țesăturii de întărire (demonstrația unei roșii);

Utilizarea difuziei în medicină.

În urmă cu mai bine de 30 de ani, medicul german William Kolff folosea aparatul „rinichi artificial”. De atunci, a fost utilizat: pentru îngrijirea cronică de urgență în intoxicația acută; să pregătească pacienții cu insuficiență renală cronică pentru transplant de rinichi; pentru susținerea vieții pe termen lung (10-15 ani) a pacienților cu boală cronică de rinichi.

Utilizarea aparatului „rinichi artificial” devine din ce în ce mai mult o procedură terapeutică, aparatul fiind folosit atât în ​​clinică, cât și acasă. Dispozitivul a fost folosit pentru a pregăti primitorul pentru primul transplant de rinichi de succes din lume, efectuat în 1965 de academicianul B.V. Petrovsky.

Aparatul este un hemodializator în care sângele intră în contact cu o soluție salină printr-o membrană semipermeabilă. Datorită diferenței de presiune osmotică din sânge în soluția salină, prin membrană trec ionii și moleculele produselor metabolice (uree, acid uric), precum și diferite substanțe toxice care trebuie îndepărtate din organism. Aparatul este un sistem de canale plate, separate prin membrane subțiri de celofan, prin care sângele și dializatul se deplasează lent în contracurent - o soluție salină îmbogățită cu un amestec gazos de CO 2 + O 2 Aparatul este conectat la sistemul circulator al pacientului cu ajutorul cateterelor introdus în cavitate în venele dializate) și ulnare (de evacuare). Dializa durează 4-6 ore.Astfel se realizează purificarea sângelui de toxinele azotate cu funcție renală insuficientă, adică. se efectuează reglarea compoziției chimice a sângelui.

Profesor de biologie: Următorul mesaj vă va ajuta să înțelegeți și să înțelegeți formele de difuzie, osmoză și dializă.

Utilizarea difuziei în tehnologie și în viața de zi cu zi

Difuzia este utilizată pe scară largă în industrie și viața de zi cu zi. Sudarea prin difuzie a metalelor se bazează pe fenomenul difuziei. Metalele, nemetalele, metalele și nemetalele, materialele plastice sunt conectate prin sudare prin difuzie fără utilizarea de lipituri, electrozi și fluxuri. Piesele sunt plasate într-o cameră de sudare închisă cu un vid puternic, stoarse și încălzite la 800 de grade. În acest caz, există o difuzie reciprocă intensă a atomilor în straturile de suprafață ale materialelor în contact. Sudarea prin difuzie este utilizată în principal în industria electronică și a semiconductoarelor, în inginerie de precizie.

Un aparat de difuzie este utilizat pentru a extrage substanțele solubile din materialul solid zdrobit. Astfel de dispozitive sunt folosite în principal în industria sfeclei de zahăr, unde sunt folosite pentru a obține suc de zahăr din chipsuri de sfeclă încălzite împreună cu apă.

Un rol esențial în funcționarea reactoarelor nucleare îl joacă difuzia neutronilor, adică propagarea neutronilor în materie, însoțită de multiple modificări ale direcției și vitezei deplasării acestora ca urmare a ciocnirilor cu nucleele atomice. Difuzia neutronilor într-un mediu este similară cu difuzia atomilor și moleculelor în gaze și respectă aceleași legi.

Ca urmare a difuziei purtătorilor în semiconductori, apare un curent electric.Mișcarea purtătorilor de sarcină în semiconductori se datorează neomogenității concentrației lor. Pentru a crea, de exemplu, o diodă semiconductoare, indiul este fuzionat într-una dintre suprafețele germaniului. Datorită difuziei atomilor de indiu adânc în monocristalul de germaniu, în el se formează o joncțiune pn, prin care poate circula un curent semnificativ cu o rezistență minimă.

Procesul de metalizare se bazează pe fenomenul de difuzie - acoperirea suprafeței unui articol cu ​​un strat de metal sau aliaj pentru a-i conferi proprietăți fizice, chimice și mecanice, care sunt diferite de cele ale materialului care se metalizează. Este folosit pentru a proteja produsele de coroziune, uzură, creșterea conductibilității electrice de contact, în scopuri decorative, astfel încât, pentru a crește duritatea și rezistența la căldură a pieselor din oțel, se utilizează cementarea. Constă în faptul că piesele din oțel sunt plasate într-o cutie cu pulbere de grafit, care este instalată într-un cuptor termic. Datorită difuziei, atomii de carbon pătrund în stratul de suprafață al pieselor. Adâncimea de pătrundere depinde de temperatură și de timpul de păstrare a pieselor în cuptorul termic.

Influența umană asupra cursului difuziei în natură.

Din păcate, ca urmare a dezvoltării civilizației umane, există un impact negativ asupra naturii și a proceselor care au loc în ea. Procesul de difuzie joacă un rol important în poluarea râurilor, mărilor și oceanelor. De exemplu, puteți fi sigur că detergenții turnați în scurgere, de exemplu, în Odesa, vor ajunge în largul coastei Turciei din cauza difuziei și a curenților existenți. Deversarea anuală de ape uzate industriale și menajere în lume este estimată la zeci de trilioane de tone. Un exemplu de influență negativă a omului asupra proceselor de difuzie din natură sunt accidentele de mare amploare care au avut loc în bazinele diferitelor corpuri de apă. Ca urmare a acestui fenomen, uleiul și produsele prelucrării sale se răspândesc pe suprafața apei și, ca urmare, procesele de difuzie sunt întrerupte, de exemplu: oxigenul nu intră în coloana de apă, iar peștii mor fără oxigen.

Datorită fenomenului de difuzie, aerul este poluat cu deșeuri din diferite fabrici, din cauza acestuia, deșeurile umane dăunătoare pătrund în sol, apă și apoi au un efect dăunător asupra vieții și funcționării animalelor și plantelor. Suprafața terenurilor poluate cu emisii industriale etc. este în creștere. Peste 2 mii de hectare de teren sunt ocupate de haldele de deșeuri industriale și menajere. Una dintre problemele greu de rezolvat în prezent este problema eliminării deșeurilor industriale, inclusiv a deșeurilor toxice.

O problemă urgentă este poluarea aerului din gazele de eșapament, produse de prelucrare a substanțelor nocive emise în atmosferă de diferite fabrici. Coșurile de fum ale întreprinderilor emit dioxid de carbon, oxizi de azot și sulf în atmosferă. În prezent, cantitatea totală de emisii de gaze în atmosferă depășește 40 de miliarde de tone pe an. Un exces de dioxid de carbon în atmosferă este periculos pentru lumea vie a Pământului, perturbă ciclul carbonului în natură și duce la formarea ploii acide. Procesul de difuzie joacă un rol important în poluarea râurilor, mărilor și oceanelor. Deversarea anuală de ape uzate industriale și menajere în lume este de aproximativ 10 trilioane de tone.

Mai multe studii medicale au arătat o relație între incidența bolilor respiratorii și ale tractului respirator superior și starea aerului. Există o relație directă între rata bolilor respiratorii și volumul emisiilor de substanțe nocive în atmosferă. Exemplele enumerate de difuzie au un efect dăunător asupra diferitelor procese care au loc în natură.

Poluarea corpurilor de apă duce la dispariția vieții din acestea, iar apa folosită pentru băut trebuie purificată, ceea ce este foarte scump. În plus, în apa poluată au loc reacții chimice cu degajare de căldură. Temperatura apei crește, în timp ce conținutul de oxigen din apă scade, ceea ce este rău pentru organismele acvatice. Din cauza creșterii temperaturii apei, multe râuri acum nu îngheață iarna. Pentru a reduce emisia de gaze nocive din conductele industriale, conductele centralelor termice, sunt instalate filtre speciale. Astfel de filtre sunt instalate, de exemplu, la o centrală termică din districtul Leninsky din Chelyabinsk, dar instalarea lor este foarte costisitoare. Pentru a preveni poluarea corpurilor de apă, este necesar să se asigure că gunoiul, deșeurile alimentare, gunoiul de grajd nu sunt aruncate lângă coastă, tipuri diferite chimicale.

Luand in considerare încălzire globală, este important să se investigheze modificarea vitezei de difuzie în funcție de creșterea temperaturii ambiante.

Partea experimentală.

Eu experimentez. Observarea pătrunderii particulelor unei substanțe între moleculele altei substanțe .

Ţintă : studiază difuzia solidelor și trage o concluzie despre viteza de difuzie.

Dispozitive și materiale : gelatină, permanganat de potasiu, sulfat de cupru, vas Petri, pensetă, dispozitiv de încălzire.

:

Gelatina servește ca soluție solidă. Pentru a pregăti soluția, este necesar să puneți 1 lingură de gelatină în apă rece timp de 2 ore pentru ca pudra să se umfle, apoi să încălzească amestecul și să dizolve gelatina fără să fiarbă, apoi se toarnă într-un vas Petri (Fig. 3). ). Când gelatina s-a răcit, un cristal de permanganat de potasiu a fost adus în mijloc cu o mișcare rapidă folosind o pensetă, iar un cristal de permanganat de potasiu în celălalt pahar, iar acum putem observa rezultatul difuziei.

Aici am observat pătrunderea particulelor de permanganat de potasiu și sulfat de cupru între moleculele de gelatină. După 24 de ore, s-a observat că difuzia permanganatului de potasiu nu a avut loc (Fig. 4), deoarece permanganatul de potasiu este un agent oxidant puternic.

Astfel, difuzia în solide se desfășoară mai lent. Dacă oxidanții puternici intră în mediu, ei duc la distrugerea acestuia.

II experiment. Observarea dizolvării bucăților de guașă în apă, la o temperatură constantă (la t = 22 ° C)

Am luat o bucată de guașă portocalie și un vas cu apă curată la o temperatură de 22 ° C. Au pus o bucată de guașă în vas (Fig. 1) și au început să observe ce se întâmplă. După 10 minute, apa din vas începe să se coloreze în culoarea unei guașe (solide) (Fig. 2). Apa este un bun solvent. Sub acțiunea moleculelor de apă, legăturile dintre moleculele de solide de guașă sunt distruse. Au trecut 25 de minute de la începutul experimentului. Culoarea apei devine mai intensă (Fig. 3). Moleculele de apă pătrund între moleculele de guașă, rupând forțele de atracție. Au trecut 45 de minute de la începutul experimentului (Fig. 4). Concomitent cu forțele de atracție dintre molecule, încep să acționeze și forțele de respingere și, ca urmare, rețeaua cristalină a solidului (guașa) este distrusă. Procesul de dizolvare a guașei s-a încheiat. Experimentul a durat 2 ore și 50 de minute. Apa este complet colorată cu guașă.

Astfel, fenomenul de difuzie este un proces pe termen lung, în urma căruia are loc dizolvarea solidelor.

Experienţă.Studiul dependenței vitezei de difuzie de temperatură și pătrundere în alimente.

Ţintă : studiază modul în care temperatura afectează viteza de difuzie.

Dispozitive și materiale : termometre - 2 bucati, ceasuri - 1 bucata, sticla - 1 bucata, iod, cartofi, agitator magnetic.

Descrierea experienței și a rezultatelor obținute : a luat un pahar, a pus iod în el și a închis paharul cu cartofi tăiați în jumătate la t = 22 ° C. După 15 minute de la începutul experimentului, procesul de difuzie este inactiv. Procesul de încălzire a început după 4 minute. Procesul de difuzie a început, după 1 min, vedem pătrunderea iodului în cartofi, după 2 min.

Din această experiență, se poate concluziona că viteza de difuzie este influențată de temperatură: cu cât temperatura este mai mare, cu atât este mai mare rata de difuzie, ceea ce afectează negativ alimentele.

Astfel, aerul este poluat cu deșeuri din diferite fabrici, gazele de eșapament ale mașinilor pătrund în alimente, iar apoi au un efect dăunător asupra vieții și funcționării oamenilor, animalelor și plantelor.

IV experiență.Studiul dependenței vitezei de difuzie a substanțelor gazoase în apă la temperatură constantă

Ţintă : studiază viteza de difuzie a substanțelor gazoase în apă la o temperatură constantă și trage o concluzie despre viteza de difuzie.

Dispozitive și materiale : termometre - 1 buc, ceas - 1 buc, balon - 1 buc, apă, iod.

Descrierea experienței și a rezultatelor obținute : apă de aceeași masă și aceeași temperatură (22 ° С) a fost turnată în balon, apoi ulei vegetal (5 ml) a fost turnat într-un alt balon. Uleiul vegetal din experimentul nostru a imitat uleiul. Baloanele au fost închise cu bandă scotch cu iod lipit de ea. Observația a fost eliminată după 45 minute.

Apa, acoperită cu o peliculă de ulei vegetal, este foarte slab colorată, atunci se poate aprecia că moleculele de oxigen pătrund mai greu în apă: peștii și alți locuitori acvatici duc lipsă de oxigen și chiar pot muri.

Concluzie : prezența diferitelor substanțe la suprafața apei perturbă procesele de difuzie și poate duce la consecințe nedorite asupra mediului.

Concluzie

Vedem cât de mare este semnificația difuziunii în natura neînsuflețită, iar existența organismelor vii ar fi imposibilă dacă nu ar fi acest fenomen. Din păcate, trebuie să ne confruntăm cu manifestarea negativă a acestui fenomen, dar există mult mai mulți factori pozitivi și, prin urmare, vorbim de importanța enormă a difuziei în natură.

Natura folosește pe scară largă posibilitățile inerente procesului de penetrare difuzivă, joacă un rol esențial în absorbția alimentelor și oxigenarea sângelui. În flacăra Soarelui, în viața și moartea stelelor îndepărtate, în aerul pe care îl respirăm, peste tot vedem manifestarea unei difuzii atotputernice și universale.

Astfel, difuzia este de mare importanță în procesele de viață ale oamenilor, animalelor și plantelor. Datorită difuziei, oxigenul din plămâni pătrunde în sângele uman, iar din sânge - în țesuturi. Dar, din păcate, ca urmare a activităților lor, oamenii au adesea un impact negativ asupra proceselor naturale din natură.

Studiind difuziunea, rolul acesteia în echilibrul ecologic al naturii și factorii care influențează curgerea acesteia în natură, am ajuns la concluzia că este necesar să atragem atenția publicului asupra problemelor de mediu.

Literatură

Alekseev S.V., Gruzdeva M.V., Muravyov A.G., Gushchina E.V. Atelier de ecologie. M. JSC MDS, 1996

Ilchenko V.R. Răscruce de drumuri ale fizicii, chimiei și biologiei.M: „Iluminismul”, 1986

Kirillova I. G. Carte de lectură în fizică. M. „Iluminismul”, 1986

Manual de fizică Peryshkin A. V. clasa a 7-a. M. „Educația”, 2005

A.M. Prohorov Dicționar enciclopedic fizic. anul 1995

Ryzhenkov A.P. Fizică. Persoană. Mediu inconjurator... M: Iluminismul, 1996

Chuyanov V.A. Dicționar enciclopedic al unui tânăr fizician. anul 1999

Shakhmaev N.M. și colab. Fizica 7.M.: Mnemozina, 2007.

Enciclopedia pentru copii, vol. 19. Ecologie: În 33 de volume / Cap. ed. Volodin V.A. - M .: Avanta +, 2004 - 448 p.