Annonsering på portalen

Definition av ordet diffusion inom biologi. Diffusion i sårläkningens biologi. Diffusion i växtriket

I Läroplanen i en fysikkurs (ungefär i sjuan) får eleverna lära sig att diffusion är en process som är den ömsesidiga penetreringen av partiklar av ett ämne mellan partiklar av ett annat ämne, som ett resultat av att koncentrationerna utjämnas i hela den upptagna volymen. Detta är en ganska svår definition att förstå. För att förstå vad enkel diffusion är, diffusionslagen, dess ekvation, är det nödvändigt att studera material i dessa frågor i detalj. Men om en allmän idé räcker för en person, kommer uppgifterna nedan att hjälpa till att få grundläggande kunskap.

Fysiskt fenomen - vad är det

På grund av det faktum att många människor förväxlar eller inte alls vet vad ett fysiskt fenomen är och hur det skiljer sig från ett kemiskt, samt vilken typ av fenomen diffusion tillhör, är det nödvändigt att förstå vad ett fysiskt fenomen är. Så, som alla vet, är fysik en oberoende vetenskap som hör till naturvetenskapens område, som studerar de allmänna naturlagarna om materiens struktur och rörelse, och även studerar själva materien. Följaktligen är ett fysikaliskt fenomen ett sådant fenomen, som ett resultat av vilket inga nya ämnen bildas, utan endast en förändring i ämnets struktur inträffar. Skillnaden mellan ett fysikaliskt fenomen och ett kemiskt ligger just i att inga nya ämnen erhålls som ett resultat. Sålunda är diffusion ett fysiskt fenomen.

Definition av termen diffusion

Som ni vet kan det finnas många formuleringar av ett begrepp, men den allmänna innebörden bör inte ändras. Och diffusion är inget undantag. Den generaliserade definitionen är som följer: diffusion är ett fysikaliskt fenomen, vilket är den ömsesidiga penetrationen av partiklar (molekyler, atomer) av två eller flera ämnen till en enhetlig fördelning över hela volymen som upptas av dessa ämnen. Som ett resultat av diffusion bildas inga nya ämnen, därför är det just ett fysiskt fenomen. Enkel diffusion kallas diffusion, som ett resultat av vilken partiklar rör sig från regionen med högsta koncentration till regionen med lägre koncentration, vilket beror på termisk (kaotisk, Brownsk) rörelse av partiklar. Diffusion är med andra ord en process där partiklar av olika ämnen blandas och partiklarna fördelas jämnt över hela volymen. Detta är en mycket förenklad definition, men den mest begripliga.

Typer av diffusion

Diffusion kan fixas både när man observerar gasformiga och flytande ämnen och fasta. Därför innehåller den flera typer:

  • Kvantdiffusion är processen för diffusion av partiklar eller punktdefekter (lokala störningar i ett ämnes kristallgitter), som utförs i fasta ämnen. Lokala kränkningar är kränkningar vid en viss punkt i kristallgittret.

  • Kolloidal - diffusion som sker genom hela volymen av det kolloidala systemet. Ett kolloidalt system är ett medium i vilket partiklar, bubblor, droppar av ett annat medium, som skiljer sig i aggregattillstånd och sammansättning från det första, är fördelade. Sådana system, såväl som de processer som förekommer i dem, studeras i detalj under kolloidkemin.
  • Konvektiv - överföring av mikropartiklar av ett ämne av makropartiklar av mediet. En speciell gren av fysiken som kallas hydrodynamik handlar om studiet av rörelsen hos kontinuerliga medier. Därifrån kan du få kunskap om flödets tillstånd.
  • Turbulent diffusion är processen att överföra ett ämne till ett annat, på grund av den turbulenta rörelsen av det andra ämnet (typiskt för gaser och vätskor).

Påståendet bekräftas att diffusion kan ske både i gaser och vätskor och i fasta ämnen.

Vad är Ficks lag?

Den tyske vetenskapsmannen, fysikern Fick, härledde en lag som visar beroendet av partikelflödestätheten genom ett enda område på en förändring i koncentrationen av ett ämne per längdenhet. Denna lag är spridningens lag. Lagen kan formuleras enligt följande: flödet av partiklar, som är riktat längs axeln, är proportionellt mot derivatan av antalet partiklar med avseende på variabeln plottad längs axeln i förhållande till vilken riktningen för flödet av partiklar är fast besluten. Med andra ord är flödet av partiklar som rör sig i axelns riktning proportionellt mot derivatan av antalet partiklar med avseende på variabeln, som är avsatt längs samma axel som flödet. Ficks lag tillåter dig att beskriva processen för överföring av materia i tid och rum.

Diffusionsekvation

När flöden finns i ett ämne omfördelas själva ämnet i rymden. I detta avseende finns det flera ekvationer som beskriver denna omfördelningsprocess ur en makroskopisk synvinkel. Diffusionsekvationen är differential. Det följer av den allmänna ekvationen för överföring av materia, som också kallas kontinuitetsekvationen. I närvaro av diffusion används Ficks lag, som beskrivs ovan. Ekvationen har följande form:

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

Diffusionsmetoder

Diffusionsmetoden, närmare bestämt metoden för dess implementering i fasta material, har använts i stor utsträckning nyligen. Detta beror på fördelarna med metoden, varav en är enkelheten hos den utrustning som används och själva processen. Kärnan i metoden för diffusion från fasta källor är avsättningen av filmer dopade med ett eller flera element på halvledare. Det finns flera andra metoder för att implementera diffusion, förutom solid source-metoden:

  • i en sluten volym (ampullmetoden). Minimal toxicitet är en fördel med metoden, men dess höga kostnad, på grund av ampullens disponibilitet, är en betydande nackdel;
  • i en öppen volym (termisk diffusion). Möjligheten att använda många element på grund av höga temperaturer är utesluten, liksom lateral diffusion är stora nackdelar med denna metod;
  • i en delvis sluten volym (boxmetoden). Detta är en mellanmetod mellan de två som beskrivs ovan.

För att lära dig mer om metoderna och egenskaperna hos diffusion är det nödvändigt att studera ytterligare litteratur som ägnas specifikt åt dessa frågor.

Artikeln visar rollen av diffusa processer i sår som sys på traditionellt sätt och på det sätt som författarna föreslagit. Teoretiskt underbyggt förbättringen av diffusa processer i sår vid behandling av hårdvarumetoden.

Problemet med sårläkning av olika etiologier är en av medicinens huvudgrenar som inte har förlorat sin betydelse för närvarande. Behandling av denna patologi på kortast möjliga tid utan purulenta komplikationer är endast möjlig med tillräcklig tillhandahållande av medicinska institutioner med moderna effektiva sårläkande läkemedel.

I sårprocessen är kroppens lokala och allmänna reaktion direkt beroende av svårighetsgraden och egenskaperna hos skador på vävnader och organ. Lokala och allmänna reaktiva processer under regenereringsprocesser står i direkt och omvänd relation och är beroende av varandra och ömsesidigt påverkande. Grunden för sårläkning är förmågan att kontrollera sårprocessens förlopp. Detta problem finns alltid i synfältet för forskare och praktiserande kirurger.

Ett stort antal använda metoder för sårbehandling tillhör den farmakologiska gruppen. Samtidigt föreslogs ett stort antal tekniska anordningar för behandling av sår. Den vanligaste metoden för att suturera sår är dock en cirkulär vertikal sutur.

Den mänskliga huden, som består av kollagenproteiner, är ett idealiskt naturligt membran som utför många metaboliska och skyddande funktioner. Dessa processer beror främst på diffusion. Diffusion (från latin diffusio - spridning, spridning), ömsesidig penetration av angränsande ämnen i varandra på grund av rörelsen av partiklar av ett ämne.

Diffusion är en process på molekylär nivå och bestäms av den slumpmässiga karaktären hos enskilda molekylers rörelse. Diffusionshastigheten är därför proportionell mot medelhastigheten för molekylerna. Diffusion sker i riktning mot minskande koncentration av ämnet och leder till en enhetlig fördelning av ämnet över hela den volym det upptar (till utjämning av ämnets kemiska potential).

Rollen av diffusa processer i patogenesen och behandlingen av sårprocessen är mycket hög. Så, till exempel, vid hudtransplantation spelar tjockleken på flikarna en stor roll vid läkning av brännsår, eftersom det har en positiv effekt på diffusa processer mellan transplantatet och sårytan.

Betydelsen av diffusa processer i såret studeras dock praktiskt taget inte. Kanterna på såret är ledande system där diffusa processer ska ske under normala förhållanden. Denna process visas schematiskt i figur 1.

Den schematiska ritningen visar att operationssåret (1), sytt med traditionella cirkulära vertikala suturer enligt klassificeringen av Golikov A.N., har vissa nackdelar. Kirurgisk sutur (2), som är ett sätt att närma sig sårets kanter, ger fullständig ischemi (5) av vävnader, vilket leder till bildandet av "tysta områden" för passage av diffusa processer, vilket leder till deformation (4 30 av diffusionsvektorn (3). Som ett resultat leder den traditionellt använda kirurgiska suturen till konstgjord bildning av vävnadsområden som inte är involverade i regenereringsprocesserna. Dessutom, i ogynnsamma fall, är dessa "vävnadsdefekter" källorna till bildandet av foci av den infektiösa processen. För i slutändan blir vävnaden, berövad tillgång till näringsämnen, syre etc., nekrotisk, vilket slutar med bildandet av ett ärr. Annars är nekrotiska vävnadsmassor gynnsamma näringsmedium för patogener.

Säkerhetsdokumentet från National Institute of Intellectual Property i Republiken Kazakstan nr 13864 daterat 15.08.2007 erhölls för hårdvarumetoden. Huvudprincipen för den föreslagna metoden är tät stängning av sårkanterna mot varandra med hjälp av fysiska och mekaniska tekniker. En nylonfisklina av tillräcklig längd appliceras längs kanten av såret, vilket skapar en "ligaturbåge", som är fixerad med sina ändar vid ändarna av apparaten enligt författarens design.

Författarens apparat i sammansatt form har formen av en ram, i form av ett fyrkantigt parallellogram, vars sidor är stavar och ändarna är rörliga stänger placerade och fixerade till stängerna med två muttrar i båda ändar av stiften, hål med samma diameter borras på de rörliga stängerna för stängerna och fixering av trådarnas ligaturer (fig. 2).


regenereringsprocesser. Effektiviteten av apparatmetoden har bevisats experimentellt och kliniskt.

Sålunda har en motivering för effektiviteten av den föreslagna hårdvarumetoden i jämförelse med traditionella metoder för att suturera sår teoretiskt föreslagits. Detta beror på en ökning av trycket på sårområdet, vilket (på grund av enhetens designegenskaper) leder till en lokal ökning av diffusionshastigheten.

Litteratur

  1. Golikov A.N. Läkning av ett granulerande sår stängt med suturer. - Moskva: 1951. - 160 sid.
  2. Waldorf H., Fewres J. Sårläkning // Adv. Derm. - 1995. Nr 10. - S. 77–96.
  3. Abaturova E.K., Baimatov V.N., Batyrshina G.I. Biostimulanters inverkan på sårprocessen // Morfologi. - 2002. - T. 121, nr 2–3. – S.6.
  4. Kochnev O.S., Izmailov G.S. Metoder för att suturera sår. - Kazan: 1992. - 160 sid.
  5. Kiselev S.I. Värdet av donatorhudresurser i valet av rationell kirurgisk taktik hos patienter med djupa brännskador: Sammanfattning av avhandlingen. … Kandidat för medicinska vetenskaper. Ryazan, 1971. 17 sid.

Zharalardy emdeu biologi syndagy diffusion

Tuyin Makalada әdettegi әdіspen zhane maқala avtorlarymen ұsynylyp otyrғan apparater аdіstің zhalalardy emdeudegі diffusionsprocessor turaly aitylgyn. Zharalarda diffusion av processterdin apparaten adistin zhaksargany teori zhuzinde daleldip korsetildі.

DIFFUSION INBIOLOGIHealing

Abstrakt Artikeln visar rollen av diffusa processer i sår som sys på traditionellt sätt och den metod som författarna föreslagit. De diffusa processerna i sår har motiverats teoretiskt.

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

South Kazakhstan State Medical Academy, Shymkent

Diffusion

Ett exempel på diffusion är blandning av gaser (till exempel spridning av lukter) eller vätskor (om du tappar bläck i vatten kommer vätskan att få en jämn färg efter ett tag). Ett annat exempel är kopplat till en fast kropp: atomerna av angränsande metaller blandas vid kontaktgränsen. Partikeldiffusion spelar en viktig roll i plasmafysik.

Vanligtvis förstås diffusion som processer som åtföljs av överföring av materia, men ibland kallas även andra överföringsprocesser diffusion: värmeledningsförmåga, viskös friktion, etc.

Diffusionshastigheten beror på många faktorer. Så, i fallet med en metallstav, sker termisk diffusion mycket snabbt. Om stången är gjord av syntetiskt material fortskrider termisk diffusion långsamt. Diffusion av molekyler i det allmänna fallet fortskrider ännu långsammare. Till exempel, om en sockerbit sänks till botten av ett glas vatten och vattnet inte rörs om, tar det flera veckor innan lösningen blir homogen. Ännu långsammare är diffusionen av ett fast ämne till ett annat. Till exempel, om koppar är belagd med guld, kommer diffusion av guld till koppar att ske, men under normala förhållanden (rumstemperatur och atmosfärstryck) kommer det guldbärande lagret att nå en tjocklek av flera mikrometer först efter flera tusen år.

En kvantitativ beskrivning av diffusionsprocesser gavs av den tyska fysiologen A. Fick ( engelsk) 1855

allmän beskrivning

Alla typer av diffusion lyder samma lagar. Diffusionshastigheten är proportionell mot provets tvärsnittsarea, såväl som skillnaden i koncentrationer, temperaturer eller laddningar (vid relativt små värden av dessa parametrar). Således kommer värmen att gå fyra gånger snabbare genom en stång två centimeter i diameter än genom en stång en centimeter i diameter. Denna värme sprids snabbare om temperaturskillnaden per centimeter är 10°C istället för 5°C. Diffusionshastigheten är också proportionell mot parametern som kännetecknar ett specifikt material. När det gäller termisk diffusion kallas denna parameter värmeledningsförmåga, i fallet med ett flöde av elektriska laddningar - elektrisk ledningsförmåga. Mängden av ett ämne som diffunderar under en given tid och avståndet som det diffuserande ämnet tillryggalägger är proportionella mot kvadratroten av diffusionstiden.

Diffusion är en process på molekylär nivå och bestäms av den slumpmässiga karaktären hos enskilda molekylers rörelse. Diffusionshastigheten är därför proportionell mot medelhastigheten för molekylerna. När det gäller gaser är medelhastigheten för små molekyler större, den är nämligen omvänt proportionell mot kvadratroten av molekylens massa och ökar med ökande temperatur. Diffusionsprocesser i fasta ämnen vid höga temperaturer förekommer ofta praktisk användning. Till exempel använder vissa typer av katodstrålerör (CRT) metalliskt torium som sprids genom metalliskt volfram vid 2000°C.

Om massan av en molekyl i en blandning av gaser är fyra gånger större än den andra, så rör sig en sådan molekyl dubbelt så långsamt jämfört med dess rörelse i en ren gas. Följaktligen är dess diffusionshastighet också lägre. Denna skillnad i diffusionshastigheter mellan lätta och tunga molekyler används för att separera ämnen med olika molekylvikter. Ett exempel är isotopseparation. Om en gas som innehåller två isotoper leds genom ett poröst membran, penetrerar de lättare isotoperna membranet snabbare än de tyngre. För bättre separation utförs processen i flera steg. Denna process har använts i stor utsträckning för separering av uranisotoper (separation av 235 U från huvuddelen av 238 U). Eftersom denna separationsmetod är energikrävande har andra, mer ekonomiska separationsmetoder utvecklats. Till exempel är användningen av termisk diffusion i ett gasformigt medium vida utvecklad. En gas som innehåller en blandning av isotoper placeras i en kammare där en rumslig temperaturskillnad (gradient) upprätthålls. I detta fall koncentreras tunga isotoper över tiden i den kalla regionen.

Ficks ekvationer

Ur termodynamikens synvinkel är den drivande potentialen för varje utjämningsprocess tillväxten av entropi. Vid konstant tryck och temperatur spelas rollen av en sådan potential av den kemiska potentialen µ , vilket orsakar upprätthållande av flödet av materia. Flödet av ämnespartiklar är proportionellt mot potentialgradienten

~

I de flesta praktiska fall används koncentrationen istället för den kemiska potentialen C. Direkt ersättning µ på C blir felaktig vid höga koncentrationer, eftersom den kemiska potentialen upphör att vara relaterad till koncentrationen enligt den logaritmiska lagen. Om vi ​​inte överväger sådana fall, kan ovanstående formel ersättas med följande:

som visar att materiens flödestäthet J proportionell mot diffusionskoefficienten D[()] och koncentrationsgradienten. Denna ekvation uttrycker Ficks första lag. Ficks andra lag relaterar rumsliga och tidsmässiga förändringar i koncentration (diffusionsekvation):

Diffusionskoefficient D temperaturberoende. I ett antal fall, inom ett brett temperaturområde, är detta beroende Arrhenius-ekvationen.

Ett ytterligare fält applicerat parallellt med den kemiska potentialgradienten bryter stationärt tillstånd. I detta fall beskrivs diffusionsprocesser av den icke-linjära Fokker-Planck-ekvationen. Diffusionsprocesser har stor betydelse i naturen:

  • Näring, andning av djur och växter;
  • Penetration av syre från blodet in i mänskliga vävnader.

Geometrisk beskrivning av Fick-ekvationen

I den andra Fick-ekvationen, på vänster sida är koncentrationens förändringshastighet över tiden, och på höger sida av ekvationen är den andra partiella derivatan, som uttrycker den rumsliga fördelningen av koncentrationen, i synnerhet temperaturens konvexitet fördelningsfunktion projicerad på x-axeln.

se även

  • Ytdiffusion är en process förknippad med rörelsen av partiklar som sker på ytan av en kondenserad kropp inom det första ytskiktet av atomer (molekyler) eller över detta skikt.

Anteckningar

Litteratur

  • Bokshtein B.S. Atomer vandrar genom kristallen. - M .: Nauka, 1984. - 208 sid. - (Bibliotek "Quantum", nummer 28). - 150 000 exemplar.

Länkar

  • Diffusion (videolektion, 7:e klass program)
  • Diffusion av föroreningsatomer på ytan av en enkristall

Wikimedia Foundation. 2010 .

Synonymer:

Se vad "Diffusion" är i andra ordböcker:

    - [lat. diffusio distribution, spridning] fysikalisk, kemisk. penetrering av molekyler av ett ämne (gas, vätska, fast) in i ett annat vid direkt kontakt eller genom en porös skiljevägg. Ordbok över främmande ord. Komlev N.G., … … Ordbok med främmande ord på ryska språket

    Diffusion- är penetrering i mediet av partiklar av ett ämne av partiklar av ett annat ämne, vilket sker som ett resultat av termisk rörelse i riktning mot att minska koncentrationen av ett annat ämne. [Blum E.E. Ordbok över grundläggande metallurgiska termer. Jekaterinburg … Uppslagsverk över termer, definitioner och förklaringar av byggmaterial

    Modern Encyclopedia

    - (från latin diffusio spridning spridning, spridning), förflyttning av partiklar i mediet, vilket leder till överföring av materia och inriktning av koncentrationer eller till upprättande av en jämviktsfördelning av koncentrationer av partiklar av en given typ i mediet. I frånvaro av… … Stor encyklopedisk ordbok

    DIFFUSION, förflyttning av ett ämne i en blandning från ett område med hög koncentration till ett område med låg koncentration, orsakad av slumpmässig rörelse av enskilda atomer eller molekyler. Diffusionen upphör när koncentrationsgradienten försvinner. Hastighet… … Vetenskaplig och teknisk encyklopedisk ordbok

    diffusion- och. diffusion f., tyska. Diffusion lat. diffusio spridning, spridning. Ömsesidig penetrering av angränsande ämnen i varandra på grund av den termiska rörelsen av molekyler och atomer. Diffusion av gaser, vätskor. BAS 2. || trans. Dom är… … Historisk ordbok över gallicismer i det ryska språket

    Diffusion- (från det latinska diffusio distribution, spridning, spridning), rörelse av partiklar i mediet, vilket leder till överföring av materia och inriktning av koncentrationer eller upprättande av deras jämviktsfördelning. Diffusion bestäms vanligtvis av termisk rörelse ... ... Illustrerad encyklopedisk ordbok

    Rörelsen av partiklar i riktning mot att minska deras koncentration, på grund av termisk rörelse. D. leder till anpassningen av koncentrationerna av det spridande ämnet och en enhetlig fyllning av volymen med partiklar. ... ... Geologisk uppslagsverk

Verkets text är placerad utan bilder och formler.
Den fullständiga versionen av arbetet finns på fliken "Jobbfiler" i PDF-format

Introduktion

Arbetets relevans. Diffusion är ett grundläggande naturfenomen. Det ligger till grund för omvandlingarna av materia och energi. Dess manifestationer äger rum på alla nivåer av organisering av naturliga system på vår planet, från nivån av elementära partiklar, atomer och molekyler, och slutar med geosfären. Det används ofta inom teknik Vardagsliv.

Kärnan i diffusion är rörelsen av partiklar i mediet, vilket leder till överföring av ämnen och utjämning av koncentrationer eller till upprättande av en jämviktsfördelning av partiklar av en given typ i mediet. Diffusionen av molekyler och atomer beror på deras termiska rörelse.

Diffusion är också en grundläggande process som ligger till grund för hur levande system fungerar på alla nivåer av organisation, från nivån av elementära partiklar (elektronisk diffusion) till biosfärisk nivå (cirkulation av ämnen i biosfären).

Det spelar en enorm roll i naturen, i människors liv och i tekniken. Diffusionsprocesser kan ha både positiva och negativa effekter på människors och djurs liv. Ett exempel på en positiv påverkan är upprätthållandet av en homogen sammansättning av atmosfärisk luft nära jordens yta. Diffusion spelar en viktig roll inom olika vetenskaps- och teknikområden, i processer som sker i livlig och livlös natur. Det påverkar förloppet av kemiska reaktioner.

Med deltagande av diffusion eller i strid med och förändring av denna process, kan negativa fenomen uppstå i naturen och mänskligt liv, såsom omfattande föroreningar av miljön genom produkter från mänskliga tekniska framsteg.

Mål: Att studera egenskaperna hos diffusion i gaser, vätskor och fasta ämnen och ta reda på människans användning av diffusion och manifestationen av diffusion i naturen, att beakta diffusionsprocessernas inverkan på den ekologiska balansen i naturen och människans inverkan på diffusionen processer.

Essensen av diffusion

Demonstrerar diffusion i gaser genom att spraya deodorant i hörnet av klassrummet. Spridningen av lukt förklaras av molekylernas rörelse. Denna rörelse är kontinuerlig och oberäknelig. Deodorantmolekylerna kolliderar med molekylerna av gaser som utgör luften och ändrar riktningen på sina rörelser många gånger och sprider sig slumpmässigt i rummet.

Processen för penetration av partiklar (molekyler, atomer, joner) av ett ämne mellan partiklar av ett annat ämne på grund av kaotisk rörelse kallas diffusion(av lat. diffusio - spridning, spridning, spridning). Sålunda är diffusion resultatet av den kaotiska rörelsen av alla partiklar av materia, av alla mekaniska åtgärder.

Rörelsen av partiklar under diffusion är helt slumpmässig, alla förskjutningsriktningar är lika sannolika,

Eftersom partiklar rör sig i gaser, vätskor och fasta ämnen är diffusion möjlig i dessa ämnen. Diffusion är överföring av materia på grund av den spontana inriktningen av en inhomogen koncentration av atomer eller molekyler av olika typer. Om delar av olika gaser släpps in i kärlet, så blandas alla gaser efter ett tag likformigt: antalet molekyler av varje typ per volymenhet av kärlet blir konstant, koncentrationen planar ut.Diffusion förklaras enligt följande. För det första, mellan de två kropparna, är gränssnittet mellan de två medierna klart synligt (Fig. 1a). Sedan, på grund av deras rörelse, byter enskilda partiklar av ämnen som ligger nära gränsen platser.

Gränsen mellan ämnen suddas ut (Fig. 1b). Efter att ha penetrerat mellan partiklarna av ett annat ämne, börjar partiklarna i den första att byta plats med partiklarna i den andra, som är i allt djupare lager. Gränssnittet mellan ämnen blir ännu vagare. På grund av den kontinuerliga och slumpmässiga rörelsen av partiklar leder denna process så småningom till att lösningen i kärlet blir homogen (Fig. 1c).

Figur 1. Förklaring av diffusionsfenomenet.

Diffusion i naturen

Med hjälp av diffusion sprids olika gasformiga ämnen i luften: till exempel sprids röken från en brand över långa avstånd.

Resultatet av detta fenomen kan vara utjämning av temperaturen i rummet under ventilation. På samma sätt uppstår luftföroreningar med skadliga industriprodukter och fordonsavgaser. Den naturliga brännbara gasen vi använder hemma är färglös och luktfri. I händelse av en läcka är det omöjligt att märka det, därför, vid distributionsstationer, blandas gasen med ett speciellt ämne som har en skarp, obehaglig lukt som lätt känns av en person.

På grund av diffusionsfenomenet består det nedre lagret av atmosfären - troposfären - av en blandning av gaser: kväve, syre, koldioxid och vattenånga. I frånvaro av diffusion skulle stratifiering ske under inverkan av gravitationen: på botten skulle det finnas ett lager av tung koldioxid, ovanför det - syre, ovanför - kväve - inerta gaser.

På himlen observerar vi också detta fenomen. Spridande moln är också ett exempel på diffusion, och hur exakt F. Tyutchev sa om detta: "Moln smälter på himlen ..."

Diffusion i vätskor är långsammare än i gaser, men denna process kan påskyndas genom uppvärmning. Till exempel, för att snabbt pickla gurkor, hälls de med varm saltlake. Vi vet att socker löser sig långsammare i kallt te än i varmt te.

På sommaren, när jag tittade på myrorna, tänkte jag alltid på hur de, i den värld som är enorm för dem, hittar vägen hem. Det visar sig att detta mysterium också öppnas av diffusionsfenomenet. Myror markerar sin väg med droppar av luktande vätska.

Tack vare diffusion hittar insekter sin mat. Fjärilar, fladdrande mellan växter, hittar alltid sin väg till en vacker blomma. Bina, efter att ha hittat ett sött föremål, stormar det med sin svärm.

Och växten växer, blommar för dem också, tack vare diffusion. När allt kommer omkring säger vi att en växt andas och andas ut luft, dricker vatten och får olika mikrotillsatser från jorden.

Köttätare hittar också sitt byte genom diffusion. Hajar luktar blod på flera kilometers avstånd, liksom piranhafiskar.

Miljöns ekologi försämras på grund av utsläpp till atmosfären, i vattnet av kemiska och andra skadliga ämnen, och allt detta sprider sig och förorenar stora territorier. Men träd frigör syre och absorberar koldioxid genom diffusion.

Blandningen bygger på diffusionsprincipen färskvatten med salt vid sammanflödet av floder i havet. Diffusionen av lösningar av olika salter i jorden bidrar till växternas normala näring.

I alla de givna exemplen observerar vi den ömsesidiga penetreringen av molekyler av ämnen, d.v.s. diffusion. Många fysiologiska processer i människo- och djurkroppen bygger på denna process: såsom andning, absorption etc. Generellt sett är diffusion av stor betydelse i naturen, men detta fenomen är också skadligt i förhållande till miljöföroreningar.

2.1 Diffusion i växtriket

K.A. Timiryazev sa: "Oavsett om vi talar om näringen av roten på grund av ämnen i jorden, om vi talar om luftnäringen av bladen på grund av atmosfären eller näringen av ett organ på grund av ett annat, angränsande ett, överallt kommer vi att tillgripa samma skäl för förklaring. : diffusion".

Faktum är att diffusionens roll är mycket viktig i växtriket. Till exempel förklaras den stora utvecklingen av trädens bladkrona av det faktum att diffusionsutbyte genom lövens yta utför inte bara andningsfunktionen utan också delvis näring. För närvarande praktiseras bladberedning av fruktträd i stor utsträckning genom att spraya deras kronor.

Diffusa processer spelar en viktig roll för att förse naturliga vattendrag och akvarier med syre. Syre kommer in i de djupare vattenlagren i stillastående vatten på grund av diffusion genom deras fria yta. Därför är eventuella restriktioner på den fria vattenytan oönskade. Så till exempel kan löv eller andmat som täcker vattenytan helt stoppa tillgången av syre till vattnet och leda till att dess invånare dör. Av samma anledning är smalhalsade kärl olämpliga att använda som akvarium.

I ämnesomsättningsprocessen, när komplexa näringsämnen eller deras element bryts ner till enklare, frigörs den energi som är nödvändig för kroppens liv.

2.2 Diffusionens roll i växtnäringen.

Huvudrollen i diffusionsprocesser i levande organismer spelas av cellmembran, som har selektiv permeabilitet. Passagen av ämnen genom membranet beror på:

Molekylstorlekar;

Elektrisk laddning;

Från närvaron och antalet vattenmolekyler;

Från lösligheten av dessa partiklar i fett;

från membranets struktur.

Det finns två former av diffusion: a) dialysär diffusionen av lösta molekyler; b) osmosär diffusion av ett lösningsmedel genom ett semipermeabelt membran. Jordlösningar innehåller mineralsalter och organiska föreningar. Vatten från jorden kommer in i växten genom osmos genom de semipermeabla membranen i rothåren. Koncentrationen av vatten i jorden är högre än inuti rothåren, så det sker diffusion från zonen med högre koncentration till zonen med lägre koncentration. Då blir koncentrationen av vatten i dessa celler högre än i de överliggande - rottrycket uppstår, vilket orsakar ett uppåtriktat flöde av juice genom rötterna och stjälken, och förlusten av vatten från bladen säkerställer ytterligare absorption av vatten.

Mineralämnen kommer in i växten: a) genom diffusion; b) ibland genom aktiv överföring mot koncentrationsgradienten, åtföljd av energiförbrukning. Det finns också turgortryckär trycket som cellens innehåll utövar på cellvägg. Det är nästan alltid lägre än det osmotiska trycket i savcellen, eftersom. utanför är inte rent vatten, utan en saltlösning. Turgortrycksvärde:

Bevarande av formen av en växtorganism;

Säkerställa tillväxt i unga växtceller;

Bevarande av växtelasticitet (demonstration av kaktus- och aloeväxter);

Formning i frånvaro av förstärkande tyg (demonstration av en tomat);

Tillämpning av diffusion inom medicin.

För mer än 30 år sedan använde den tyske läkaren William Kolf apparaten "konstgjord njure". Sedan dess har det använts: för akut kronisk vård vid akut berusning; att förbereda patienter med kronisk njursvikt för njurtransplantation; för långsiktig (10-15 år) livsuppehållande av patienter med kronisk njursjukdom.

Användningen av enheten "konstgjord njure" blir mer av en terapeutisk procedur, enheten används både på kliniken och hemma. Med hjälp av apparaten förbereddes mottagaren för världens första framgångsrika njurtransplantation, genomförd 1965 av Academician B.V. Petrovskij.

Enheten är en hemodialysator där blodet är i kontakt med en saltlösning genom ett semipermeabelt membran. På grund av skillnaden i osmotiska tryck passerar joner och molekyler av metaboliska produkter (urea, urinsyra), såväl som olika giftiga ämnen som ska avlägsnas från kroppen, genom membranet från blodet till saltlösningen. Enheten är ett system av platta kanaler separerade av tunna cellofanmembran, genom vilka blod och dialysat långsamt rör sig i motströmmar - en koksaltlösning berikad med en gasblandning CO 2 + O 2. Enheten ansluts till patientens cirkulationssystem med hjälp av katetrar förs in i dialysatet) och ulnarvenen (utgångsvenen). Dialys varar 4-6 h. Därmed uppnås blodrening från kvävehaltigt avfall vid otillräcklig njurfunktion, d.v.s. blodkemin är reglerad.

Biologilärare: Följande meddelande hjälper dig att förstå och förstå formerna för diffusion, osmos och dialys.

Tillämpning av diffusion i teknik och i vardagen

Diffusion finner bred tillämpning i industrin och vardagen. Diffusionssvetsning av metaller är baserad på fenomenet diffusion. Metoden för diffusionssvetsning utan användning av lödningar, elektroder och flussmedel förbinder metaller, icke-metaller, metaller och icke-metaller, plaster. Delarna placeras i en sluten svetskammare med starkt vakuum, kläms ihop och värms till 800 grader. I detta fall sker intensiv ömsesidig diffusion av atomer i ytskikten av de kontaktande materialen. Diffusionssvetsning används främst inom elektronik- och halvledarindustrin, precisionsteknik.

En diffusionsapparat används för att extrahera lösliga ämnen från fast malt material. Sådana apparater används huvudsakligen vid sockerbetsproduktion, där de används för att erhålla sockerjuice från betchips som värmts tillsammans med vatten.

En viktig roll i driften av kärnreaktorer spelas av neutrondiffusion, det vill säga utbredningen av neutroner i materia, åtföljd av en multipel förändring i riktningen och hastigheten för deras rörelse som ett resultat av kollisioner med atomkärnor. Diffusionen av neutroner i ett medium liknar diffusionen av atomer och molekyler i gaser och lyder samma lagar.

Som ett resultat av diffusionen av bärare i halvledare uppstår en elektrisk ström.Förflyttningen av laddningsbärare i halvledare beror på inhomogeniteten i deras koncentration. För att till exempel skapa en halvledardiod smälts indium in i en av ytorna på germanium. På grund av diffusionen av indiumatomer djupt in i germanium-enkristallen bildas en p-n-övergång i den, genom vilken en betydande ström kan flyta med minimalt motstånd.

Diffusionsfenomenet är baserat på metalliseringsprocessen - att täcka ytan på en artikel med ett lager av metall eller legering för att ge fysiska, kemiska och mekaniska egenskaper till den, som skiljer sig från egenskaperna hos materialet som metalliseras. Det används för att skydda produkter från korrosion, slitage, öka kontaktelektrisk ledningsförmåga, för dekorativa ändamål, till exempel används uppkolning för att öka hårdheten och värmebeständigheten hos ståldelar. Det består i det faktum att ståldelar placeras i en låda med grafitpulver, som installeras i en termisk ugn. På grund av diffusion tränger kolatomer in i delarnas ytskikt. Inträngningsdjupet beror på temperaturen och exponeringstiden för delarna i den termiska ugnen.

Mänskligt inflytande på spridningsförloppet i naturen.

Tyvärr, som ett resultat av utvecklingen av den mänskliga civilisationen, finns det en negativ inverkan på naturen och de processer som äger rum i den. Diffusionsprocessen spelar en viktig roll i föroreningen av floder, hav och hav. Till exempel kan du vara säker på att rengöringsmedel som dräneras ut i avlopp, till exempel i Odessa, kommer att hamna utanför Turkiets kust på grund av diffusion och befintliga strömmar. Det årliga utsläppet av industri- och hushållsavloppsvatten i världen uppskattas till tiotals biljoner ton. Ett exempel på människans negativa inverkan på diffusionsprocesserna i naturen är storskaliga olyckor som inträffade i olika vattenförekomsters bassänger. Som ett resultat av detta fenomen sprids olja och produkter från dess bearbetning över vattenytan och som ett resultat störs diffusionsprocesser, till exempel: syre kommer inte in i vattenpelaren och fisk dör utan syre.

På grund av diffusionsfenomenet är luften förorenad med avfall från olika fabriker, på grund av det tränger skadligt mänskligt avfall in i marken, vattnet och har sedan en skadlig effekt på djurs och växters liv och funktion. Arealen av mark som förorenats av utsläpp från industriföretag etc. ökar. Över 2 000 hektar mark upptas av industri- och hushållsavfall. En av de för närvarande svåra frågorna att lösa är frågan om bortskaffande av industriavfall, inklusive giftigt.

Ett akut problem är luftföroreningar från avgaser, produkter från bearbetning av skadliga ämnen som släpps ut i atmosfären av olika fabriker. Skorstenar från företag släpper ut koldioxid, kväveoxider och svavel till atmosfären. För närvarande överstiger den totala mängden gasutsläpp till atmosfären 40 miljarder ton per år. Ett överskott av koldioxid i atmosfären är farligt för jordens levande värld, stör kolkretsloppet i naturen och leder till bildandet av surt regn. Diffusionsprocessen spelar en viktig roll i föroreningen av floder, hav och hav. Det årliga utsläppet av industri- och hushållsavloppsvatten i världen är cirka 10 biljoner ton.

Vissa medicinska studier har visat ett samband mellan förekomsten av andningsorganen och de övre luftvägarna och luftens tillstånd. Det finns ett direkt samband mellan indikatorn på nivån av luftvägssjukdomar och volymen av utsläpp av skadliga ämnen till atmosfären. Dessa exempel på diffusion har en skadlig effekt på olika processer som förekommer i naturen.

Föroreningar av vattendrag leder till att liv försvinner i dem, och vattnet som används för att dricka måste renas, vilket är mycket dyrt. Dessutom sker kemiska reaktioner i förorenat vatten med frigörande av värme. Vattnets temperatur stiger samtidigt som syrehalten i vattnet minskar, vilket är dåligt för vattenlevande organismer. På grund av stigande vattentemperaturer fryser många floder nu inte på vintern. För att minska utsläppen av skadliga gaser från industriella rör, rör från termiska kraftverk, är speciella filter installerade. Sådana filter installeras till exempel vid ett termiskt kraftverk i Leninsky-distriktet i Chelyabinsk, men installationen är mycket dyr. För att förhindra förorening av vattendrag är det nödvändigt att se till att sopor, matavfall, gödsel, olika sorter kemikalier.

Med tanke på Global uppvärmning, är det viktigt att undersöka förändringen i diffusionshastigheten beroende på ökningen av omgivningstemperaturen.

Experimentell del.

Jag upplever. Observation av penetrationen av partiklar av ett ämne mellan molekylerna av ett annat ämne .

Mål : studera diffusionen av fasta ämnen och dra en slutsats om diffusionshastigheten.

Enheter och material : gelatin, kaliumpermanganat, kopparsulfat, petriaskål, pincett, värmeanordning.

:

Gelatin fungerar som en fast lösning. För att förbereda lösningen är det nödvändigt att doppa 1 sked gelatin i kallt vatten i 2 timmar så att pulvret sväller, värm sedan upp blandningen och lös upp gelatinet utan att koka, häll det sedan i en petriaskål (bild 3) ). När gelatinet hade svalnat, i mitten, med en snabb rörelse, infördes en kristall av kaliumpermanganat i det ena glaset med pincett och kopparsulfat i det andra. Och nu kan vi observera resultatet av diffusionen.

Här observerade vi penetrationen av partiklar av kaliumpermanganat och kopparsulfat mellan gelatinmolekyler. Efter 24 timmar observerades ingen diffusion av kaliumpermanganat (fig. 4), eftersom kaliumpermanganat är ett starkt oxidationsmedel.

Sålunda fortskrider diffusionen i fasta ämnen långsammare. Om starka oxidationsmedel kommer in i miljön leder de till dess förstörelse.

II erfarenhet. Observation av upplösningen av gouachebitar i vatten, vid konstant temperatur (vid t = 22 ° C)

De tog en bit orange gouache och ett kärl med rent vatten vid en temperatur på 22 ° C. De lade en bit gouache i kärlet (fig. 1) och började observera vad som hände. Efter 10 minuter börjar vattnet i kärlet att övergå i färgen på gouache (fast) (Fig. 2). Vatten är ett bra lösningsmedel. Under inverkan av vattenmolekyler förstörs bindningarna mellan molekylerna av fasta gouacheämnen. 25 minuter har gått sedan experimentets början. Vattnets färg blir mer intensiv (Fig. 3). Vattenmolekyler penetrerar mellan gouachemolekyler och bryter attraktionskrafterna. 45 minuter har gått sedan experimentets början (fig. 4). Samtidigt med attraktionskrafterna mellan molekylerna börjar frånstötande krafter verka och som ett resultat förstörs kristallgittret hos en fast substans (gouache). Processen att lösa upp gouache är över. Varaktigheten av experimentet är 2 timmar 50 minuter. Vattnet var helt färgat i färgen av gouache.

Sålunda är diffusionsfenomenet en lång process, som resulterar i upplösning av fasta ämnen.

W erfarenhet.Studiet av diffusionshastighetens beroende av temperatur och penetration i mat.

Mål : studera hur temperaturen påverkar diffusionshastigheten.

Enheter och material : termometrar - 2 st, klocka - 1 st, glas - 1 st, jod, potatis, magnetomrörare.

Beskrivning av erfarenhet och resultat : de tog ett glas, lade jod i det och stängde glaset med halvskuren potatis vid t = 22 ° C. Efter 15 minuter från början av experimentet är diffusionsprocessen inte aktiv. Startade uppvärmningsprocessen efter 4 min. Diffusionsprocessen började, efter 1 min ser vi penetration av jod i potatisen, efter 2 min.

Av denna erfarenhet kan man dra slutsatsen att diffusionshastigheten påverkas av temperaturen: ju högre temperatur, desto högre diffusionshastighet, vilket påverkar maten negativt.

Därmed är luften förorenad med avfall från olika fabriker, fordonsavgaser tränger in i livsmedel och har då en skadlig effekt på människors, djurs och växters liv och funktion.

IV erfarenhet.Studiet av beroendet av diffusionshastigheten av gasformiga ämnen i vatten vid en konstant temperatur

Mål : att studera diffusionshastigheten av gasformiga ämnen till vatten vid konstant temperatur och dra en slutsats om diffusionshastigheten.

Enheter och material : termometrar - 1 st, klocka - 1 st, kolv - 1 st, vatten, jod.

Beskrivning av erfarenhet och resultat : vatten med samma massa och samma temperatur (22°C) hälldes i kolven, sedan hälldes vegetabilisk olja (5 ml) i en annan kolv. Vegetabilisk olja imiterade enligt vår erfarenhet olja. Kolvarna täcktes med tejp med jod limmad på den. Observationen gjordes efter 45 minuter.

Vattnet, täckt med en film av vegetabilisk olja, är mycket svagt färgat, det kan bedömas att det är svårare för syremolekyler att tränga in i vattnet: fiskar och andra vattenlevande invånare saknar syre och kan till och med dö.

Produktion : förekomsten av olika ämnen på vattenytan stör diffusionsprocesser och kan leda till oönskade miljökonsekvenser.

Slutsats

Vi ser hur stor betydelsen av diffusion är i den livlösa naturen, och existensen av levande organismer skulle vara omöjlig om detta fenomen inte fanns. Tyvärr måste vi hantera den negativa manifestationen av detta fenomen, men det finns många fler positiva faktorer och därför talar vi om den stora betydelsen av diffusion i naturen.

Naturen använder i stor utsträckning de möjligheter som finns i processen för diffusionspenetration, spelar en viktig roll i absorptionen av näring och syresättning av blodet. I solens lågor, i avlägsna stjärnors liv och död, i luften vi andas, överallt ser vi manifestationen av den allsmäktiga och universella diffusionen.

Sålunda har diffusion stor betydelse i människors, djurs och växters livsprocesser. På grund av diffusion tränger syre från lungorna in i det mänskliga blodet och från blodet in i vävnader. Men tyvärr har människor som ett resultat av sina aktiviteter ofta en negativ inverkan på naturliga processer i naturen.

När jag studerade diffusion, dess roll i naturens ekologiska balans och de faktorer som påverkar dess förlopp i naturen, kom jag till slutsatsen att det är nödvändigt att uppmärksamma allmänheten på miljöproblem.

Litteratur

Alekseev S.V., Gruzdeva M.V., Muravyov A.G., Gushchina E.V. Workshop om ekologi. M. AO MDS, 1996

Ilchenko V.R. Korsväg mellan fysik, kemi och biologi. M: "Enlightenment", 1986

Kirillova I.G. En bok för läsning i fysik. M. "Enlightenment", 1986

Peryshkin A.V. Lärobok i fysik årskurs 7. M. "Enlightenment", 2005

Prokhorov A.M. Physical Encyclopedic Dictionary. 1995

Ryzhenkov A.P. Fysik. Mänsklig. Miljö. M: Upplysning, 1996

Chuyanov V.A. Encyklopedisk ordbok för en ung fysiker. 1999

Shakhmaev N.M. och andra. Fysik 7.M.: Mnemozina, 2007.

Uppslagsverk för barn.V.19. Ekologi: I 33 band / Kap. ed. Volodin V. A. - M.: Avanta +, 2004 - 448 sid.