Районная научно-практическая конференция

Содержание

Слайд 1

Слайд 2

Развить правильное представление о молекулярном строении вещества;
Продолжить формирование понимания явления диффузии;
Развить умения постановки, описания и объяснения опыта;
Рассмотреть вопрос о проявлении диффузии в живой природе.

Слайд 3

Из чего состоят вещества? Что такое молекула?
Какие явления показывают, что вещества состоят из отдельных частиц-молекул?
Как молекулы располагаются внутри вещества? Есть ли между ними промежутки?

Слайд 4
Проделайте опыт, подтверждающий, что вещества состоят из молекул, между которыми есть промежутки.Оборудование: мензурка с водой, три кусочка сахара.Ход работы: В воду опустить сахар, обратить внимание на изменение уровня воды в мензурке.Что вы наблюдаете?Объясните результат опыта.Сделайте вывод.

Слайд 5

Воздух легко сжимается. Можно ли его сжать до объема, равного ноль?
Как изменяется объем тела при нагревании? при охлаждении?
Объясните изменение объема тела при изменении температуры.
Что вы знаете о молекулах одного и того же вещества? разных веществ?
Из одинаковых ли молекул состоят: лед, вода и водяной пар?

Слайд 6
Проделайте опыт, доказывающий, что молекулы вещества находятся в непрерывном и хаотичном движении.Оборудование: сосуд с раствором медного купороса, сосуд с чистой водой и стеклянная трубка.Ход работы: с помощью стеклянной трубки перелейте раствор медного купороса в сосуд с чистой водой

Наблюдайте за границей вода-медный купорос.Объясните результат опыта .Сделайте вывод.

Слайд 7

Что такое диффузия?
Опишите опыт, иллюстрирующий диффузию в газах, твердых телах.
Что вы знаете о скорости протекания диффузии в газах, жидкостях и твердых телах?
Зависит ли скорость протекания диффузии от температуры веществ?

Слайд 8
Проделайте опыт, доказывающий, что скорость протекания диффузии зависит от температуры веществ.Оборудование: сосуды с горячей и холодной водой, марганцовка.Ход работы:Кристаллики марганцовки опустите в холодную и горячую воду. Пронаблюдайте как быстро происходит окрашивание воды в сосудах.Объясните результат опыта.Сделайте вывод.

Слайд 9

Одинаковы ли объем и состав молекул горячей и холодной воды?
Чем отличаются молекулы горячей и холодной воды?

Слайд 10
Решите качественные задачи:
Почему запрещается перевозить вместе продукты и вещества с резким запахом, например, лаки, краски?
Почему чай заваривают горячей , а не холодной водой?
Почему, чтобы огурцы получились малосольными, их нужно хранить в холодном помещении?
При ремонте дороги асфальт разогревают. Почему запах разогретого асфальта ощущается издалека?

Слайд 11
Выполните тест:Вариант – 11. Мельчайшие частицы, из которых состоят вещества,называютсяА. атомами Б. молекулами2. Все молекулы одного и того же веществаА. не отличаются друг от друга Б. отличаются друг от друга 3. При охлаждении объем тела А. уменьшается Б. увеличивается 4. Как зависит процесс диффузии от температуры? А. Диффузия замедляется с ростом температурыБ. Диффузия ускоряется с ростом температурыВ. Диффузия не зависит от изменения температурыВариант – 2 1. При нагревании объем тела А. увеличивается Б. уменьшается2.Молекулы различных веществА. не отличаются друг от друга Б. отличаются друг от друга3. Из явления диффузии можно сделать вывод о том, чтоА. все тела состоят из мельчайших частицБ. молекулы всех веществ неподвижныВ. Молекулы всех веществ непрерывно движутся4.Процесс диффузии происходитА. только в жидкостях и газахБ. только в жидкостях и твердых телахВ. в газах, жидкостях и твердых телах

Слайд 12

Посмотреть все слайды

Диффузия газов

Давайте проведем небольшой эксперимент — вам он точно понравится. Посадим родителей в зале и попросим проследить за окружающей обстановкой, понять, что изменилось. А сами уйдем в соседнюю комнату и начнем чистить апельсин. Как скоро родители почувствуют аромат цитрусов? Вероятно, очень скоро. Скорее, чем вам удастся съесть апельсин в одиночку.

А если вы забыли вынести мусор, хотя обещали? Неприятный запах выдаст вас достаточно скоро.

Каким образом происходит распространение запахов по воздуху? Правильный ответ — диффузия! Расстояния между молекулами в газах (а воздух — это газ) достаточно большие, поэтому между ними легко проскакивают другие частицы. Молекулы вещества маневрируют между частицами воздуха и перемешиваются в одну большую компанию.

Представьте футбольное поле с двумя командами. В начале игры каждая стоит на своей части, но как только звучит свисток арбитра, футболисты начинают матч, каждую секунду занимая новое положение. В конечном итоге мы увидим, как команды перемешались между собой. То же самое происходит и в процессе диффузии.

Интересно, что чем выше температура, тем быстрее этот процесс протекает. Именно поэтому запах свежеиспеченного хлеба можно почувствовать за несколько кварталов от булочной, а запах мороженого — нет.

Что такое диффузия, причины возникновения

Диффузия не предполагает дополнительных усилий со стороны наблюдателя. Возникает из-за теплового движения частиц. Не путайте с броуновским: это частный случай, наглядный эксперимент.

Рассмотрим упрощенно физику и химию растворения перманганата калия (KMnO₄) в воде (H₂O). Молекула воды поляризована, существует в виде «сцепленных» ионов H+ — OH-. Марганцовка в результате диссоциации распадается на K+ и MnO₄-.

В результате хаотического перемещения поменявшие цвет связанные ионы освободят место для еще не реагировавших. Все признаки реакции налицо: вода меняет окрас и приобретает специфические свойства.

И еще одна особенность: случайно движущиеся элементы без затрат извне распределятся по предоставленному объему равномерно. Это следует из законов математической статистики и стремления веществ к выравниванию химического потенциала. Процесс не будет быстрым. Но можно не надеяться на диффузию и перемешать.

А вот с маслом и субстанциями аналогичного класса подобный фокус не пройдет. Его молекулы электрически нейтральны, и образованию какого-то соединения с водой помешают сильные связи в ней. Последнее, кстати, обуславливает значительное поверхностное натяжение. Иначе водомерки не могли бы ходить по поверхности, а утки перетонули.

Из теории очевидно, что процесс протекает быстрее при увеличении температуры (движение активнее). Также на перенос веществ повлияет их концентрация. Примерно так выглядит формула уравнения Фика для количественной характеристики в газах и слабых растворах:

где J – плотность потока материала;

D – зависящий от температуры коэффициент диффузии;

dc|dx – градиент концентрации.

Где диффузия происходит быстрее?

На уроках физики в седьмом классе вы наверняка проделаете несколько интересных и красивых опытов, наглядно показывающих явление диффузии в жидкостях и газах. Но можно проделать элементарные опыты и самостоятельно дома.

Для этого берем стакан с водой и несколько крупинок обыкновенной марганцовки, йода или зеленки. Опускаем крупинки в воду и наблюдаем, как марганцовка, растворяясь в воде, постепенно занимает все больший объем стакана, до тех пор, пока не окрасит всю воду в равномерно розовый цвет.

Это пример диффузии в жидкостях, который демонстрирует диффузию наглядно и показывает, что в жидкостях диффузия происходит медленнее, чем в газах.

Вспомните пример с курочкой, в котором запах достигает вас буквально через несколько секунд, и сравните с растворением марганцовки в воде, которой требуется несколько минут, чтобы окрасить всю воду. Ну а в твердых телах диффузия происходит еще медленнее.

Простой и доступный каждому пример – это взять два куска разноцветного пластилина и разминая их в руках, наблюдать, как смешиваются цвета. А, соответственно, без внешнего воздействия, если просто прижать два куска друг к другу, потребуются месяцы или даже годы, чтобы два цвета хоть немного перемешались, так сказать, проникли один в одного.

Описание

Коэффициенты диффузии появляются в большом количестве различных явлений, все описываемых случайными движениями во всех направлениях в состоянии равновесия, что приводит к одному и тому же уравнению диффузии ( диффузия вещества ), которое не распространяется, то есть без какой-либо волны при постоянной скорость, но с продвижением вперед, путем случайного хождения во всех направлениях ( броуновское движение или случайное блуждание, широко изучаемое в математике), замедляющаяся, как квадратный корень из времени, на расстояниях, увеличивающихся как квадратный корень из времени, умноженный на коэффициент диффузии:

Тепло, которое распространяется через фононы или электроны в металлах, с коэффициентом термодиффузии, также называемым температуропроводностью , было впервые тщательно изучено в 1822 году Джозефом Фурье в фундаментальной книге по физике и математике.

В физике, химии и даже в ядерной области понятие диффузии вещества применимо ко всем видам частиц в газах, жидкостях или твердых телах. Эти частицы имеют тенденцию перемещаться внутри другого вещества. Значение коэффициента диффузии является мерой этого физико-химического свойства, показывающим легкость случайного движения одной из рассматриваемых частиц по сравнению с теми, которые составляют среду, в которой происходит ее движение.

В броуновском движении , впервые научном моделированном Альбертом Эйнштейном , большая частица распространяется в результате случайных ударов во всех направлениях молекул или атомов, окружающих эту частицу.

На атомных электростанциях нейтроны также диффундируют ( поток нейтронов или диффузия вещества ).

Таким образом, наличие коэффициента диффузии может касаться таких различных систем, как, например, примеси (легирующие ионы, электроны, атомы, молекулы) в кристалле или даже газ или жидкость в полимере, ионы в жидкости в состоянии покоя, в электролитах и ​​электрических батареях — газ в воздухе в состоянии покоя … Эти пары веществ обладают характеристикой того, что являются средами, в которых основной способ движения диффундирующих частиц относится к броуновскому типу, то есть его можно смоделировать с помощью случайные перемещения во всех направлениях, случайным блужданием, случайным блужданием или броуновским движением.

Иногда бывает сложно измерить коэффициент диффузии, потому что на него могут накладываться другие движения, такие как конвекционные движения , например, газ или жидкость для тепла, или миграция движущегося вещества, которая может происходить. Добавьте к смещению за счет чистой диффузии.

Согласно закону Фика , коэффициент диффузии — это соотношение между потоком диффундирующего материала (например, растворенного вещества , тепла и т. Д.) И его причиной, градиентом его концентрации вдоль оси, которая вызывает этот поток, из-за дисбаланса его случайное блуждание.

Коэффициент диффузии часто обозначается заглавной буквой «D» (иногда с другими обозначениями в соответствии с полями) и имеет в качестве единицы квадратный метр в секунду (м 2 / с), что, по размеру, объясняется этой прогулкой на случайный, без какой-либо скорости, в метрах в секунду (м / с), в результате такого количества шагов в одном направлении, как и в противоположном направлении, которые не позволяют двигаться вперед, но которые оставляют продвижение диффузии, с квадратом расстояния, пропорционального времени, в результате случайных блужданий во всех направлениях, которые не полностью компенсируются пропорционально градиенту концентрации.

Эта размерная характеристика диффузии является существенной и дает порядок величин решений уравнения диффузии, например, время прохождения фронта через заданную толщину, увеличивающееся как квадрат этой толщины, которая является начальной точкой точки для D методы измерения коэффициентов .

Популярные темы сообщений

• Красный волк

  Достаточно необычным и интересным зверем в природе считается красный волк. Своей внешностью это животное схоже не только с волком, но и с лисицей. У него яркая рыжая окраска, которая зимой становится еще краше. У волков этого вида интересная

• Профессия военный

  Военного человека видно сразу: и выправка, и осанка, и гордая походка- всё говорит о том, что перед нами настоящий мужчина. Тот, кто выбрал для себя карьеру профессионального военного и решил посвятить себя воинскому искусству, должен понимать,

• Снежный барс

  Снежный барс поистине одно из хищных животных. Ареал его обитания распространился на многие территории. Его встречали в Центральной Азии, Китае, Индии, России, Монголии и Казахстане. Это сильное, грозное животное предпочитает занимать места высоко

Диффузия в твердых телах

Для таких субстанций характерно наличие кристаллической решетки, частицы располагаются упорядоченно. Обменный материал зависит от типа связи. Не слишком активны.

Виды связей рассмотрим отдельно:

1. Ионные (соли активных (щелочных) металлов, гидроксиды). Малолетучи, охотно диффундируют из расплавов, растворов. Яркий представитель – поваренная соль (NaCl). Если разместить в воде, не подогревать, не перемешивать, то однородная масса образуется через пару недель.

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

2. Металлические. Состоят из ионов, атомов и не связанных электронов. Электропроводны, ковки (это касается не всех сплавов — чугун, например, трескается). Для проникновения позолоты на доли миллиметров в медь понадобятся столетия.

3. Атомные. С сильными ковалентными связями. Высокопрочны, хрупки, химически стойки. В процессах переноса участвуют слабо. Алмаз, кремний и его окислы (песок), хрусталь и подобные.

4. Молекулярные. Механически не прочны. Летучи. Это, например, кристаллы йода, твердый CO2 («сухой лед»).

Требуется энергия на разрыв соединения с соседними частицами. Диффундирующие элементы занимают «вакансии» в решетке.

Формула

Процесс диффузии в двухкомпонентной системе записывается при помощи закона Фика, и соответствующего уравнения:

В этом уравнении J – плотность материала, D – коэффициент диффузии, а ac/dx – градиент концентрации двух веществ.

Коэффициентом диффузии называют физическую величину, которая численно равна количеству диффундирующего вещества, которое проникает за единицу времени через единицу поверхности, если разность плотностей на двух поверхностях, находящихся на расстоянии равном единице длины, равна единице

Важно заметить, что коэффициент диффузии зависит от температуры

Основной закон диффузии

Для того, чтобы описать диффузию на математическом языке, рассмотрим перенос идеального газа вдоль некоторого направления x через поверхность S, перпендикулярную этому направлению. Масса газа, перенесенная через поверхность за время t, выражается следующей формулой:

$m = – D \cdot S \cdot t \cdot \frac{dp}{dx}$, где $\frac{dp}{dx}$ – скорость изменения плотность вдоль q, а D – коэффициент диффузии. Знак минус указывает на то, что массоперенос происходит в направлении уменьшения концентрации.

Приведенное выражение называется законом Фика.

Словесная формулировка закона: при наличии разности концентрации газа в разных участках объема возникает диффузионный поток, который приводит к уменьшению разности.

Чаще всего его записывают в дифференциальной форме:

$j = – D \cdot gradn_0$, где j – поток газа (или диффузионный поток), $n_0$ – начальная его концентрация, а grad – градиент, дифференциальный оператор, который описывает изменение скалярной величины в малом объеме. В декартовых прямоугольных координатах градиент величины f определяется выражением: $grad f= \frac{\partial f}{\partial x} \vec i+ \frac{\partial f}{\partial y} \vec j + \frac{\partial f}{\partial z} \vec k$; I, j, k – единичные векторы осей x, y, z. То есть, каждое слагаемое здесь – это скорость изменения величины в одном направлении.

Рис. 3. Графическое изображение градиента.

Коэффициент диффузии рассчитывается по формуле:

$D = \frac{1}{3} \cdot u \cdot \lambda$, где $u$ и $\lambda$ – средние скорость и пробег молекул газа.

Что мы узнали?

В начале урока, дав определение, рассмотрели бытовые примеры диффузии газов, определили основные закономерности этого процесса, после чего разобрали его математическое описание в законе Фика.

1. /5

   Вопрос 1 из 5

   Диффузия в газах – это процесс, в котором:

   • Происходит выравнивание концентраций компонент газовой смеси
   • Увеличивается концентрация диффундирующего газа
   • Молекулы вещества с меньшей концентрацией мигрируют в пространстве
   • Нет верного ответа

Примеры диффузии в окружающем мире

Роль диффузии в окружающем нас мире очень велика. Одним из важнейших примеров диффузии является кровообращение в живых организмах. Кислород из воздуха проникает в капилляры крови, расположенные в легких, после этого растворяется в них и разносится по всему организму. В свою очередь углекислый газ диффундирует из капилляров в альвеолы легких. Питательные вещества, выделяемые из пищи путем диффузии проникают в клетки.

У травянистых видов растений диффузия идет через всю их зеленую поверхность, у более крупных цветущих растений – через листья и стебли, у кустарников и деревьев — через трещины в коре стволов и веток и чечевички.

Кроме того, примером диффузии в окружающем мире является всасывание воды и растворенных в ней минералов корневой системой растений из почвы.

Именно диффузия является причиной того, что состав нижнего слоя атмосферы является неоднородным и состоит из нескольких газов.

К сожалению, в нашем несовершенном мире найдется совсем немного людей, которые не знают, что такое инъекция, также известная как «укол». Этот вид болезненного, но эффективного лечения также основан на явлении диффузии.

Загрязнение окружающей среды: почвы, воздуха, водоемов — это тоже примеры диффузии в природе.

Тающие в синем небе белые облака, так любимые поэтами всех времен — тоже она— известная каждому ученику средних и старших классов диффузия!

Итак, диффузия — это то, без чего жизнь наша была бы не просто труднее, а практически невозможной.

Закон Гесса

Тепловой эффект реакции не зависит от пути по которому протекает процесс (т.е. от промежуточных стадий), а зависит лишь от начального и конечного состояния реагирующих веществ.

Так, теплоту образования CO₂ из графита и кислорода можно рассматривать или как непосредственный результат взаимодействия простых веществ (протекающего в одну стадию).

C_(гр)+O_2(г)=CO_2(г) ; D H₁.

Или как результат процесса, протекающего в две стадии:

1. C_(гр)+1/2 O_2(г)= CO₂; D H₂
2. CO_(г)+1/2 O_2(г)= CO₂; D H₃

Согласно закону Гесса, тепловые эффекты образования CO₂ как непосредственно из углерода и кислорода, так и через промежуточные стадии должны быть равны между собой:

Тепловые эффекты D H₁ и D H₃ определяют экспериментально. Но тепловой эффект образования CO₂, т.е. D H₂, измерить невозможно, потому что продукт сгорания графита состоит из смеси CO и CO₂. Однако D H₂ легко вычислить по значениям D H₁ и D H₃.

Из закона Гесса вытекает ряд следствий, из которых укажем наиболее важные.

1. Тепловой эффект обратной реакции равен тепловому эффекту прямой реакции с обратным значением

АR B, D H₁

AR B, D H₂

D H₁= — D H₂

При образовании 1 моль метана CH₄ на углерод и водород поглощается 90,9 кДж.

CH₄=C+2H₂— 90,9 кДж

Такое же количество теплоты выделяется при образовании 1 моль CH₄ из простых веществ :

C+2H₂=CH₄+90,9 кДж

1. Тепловой эффект химической реакции образования равен :

D H_хр=(е H_обр)_кон -(е H_обр)_нач

1. Тепловой эффект химической реакции сгорания равен :

D H_хр=(е H_{сгорания})_нач — (е H_{сгорания})_кон

Пользуясь законом Гесса, можно проводить термохимические расчеты в тех случаях, когда почему-то тепловой эффект не может быть измерен опытным путем. Располагая лишь некоторыми значениями (D H₂₉₈)_обр, можно с помощью закона Гесса рассчитать эти значения для десятков тысяч реакций.

Броуновское движение

В далеком 1827 году известный британский ботаник Роберт Броун при помощи микроскопа изучал поведение микроскопических частиц цветочной пыльцы в воде

Он обратил внимание на то, что частички постоянно двигались в хаотичном, не поддающемся логическому объяснению порядке, и это беспорядочное движение не зависело ни от движения жидкости, в которой они находились, ни от ее испарения. Мельчайшие частички пыльцы описывали сложные, загадочные траектории

Интересно то, что интенсивность такого движения не снижается со временем и не связано с химическими свойствами среды, а только увеличивается, если уменьшается вязкость этой среды или размеры движущихся частиц. Кроме этого, большое влияние на скорость движения молекул оказывает температура: чем она выше, тем частицы движутся быстрее.

Вариант №2

Возьмем стакан воды и капнем в него каплю окрашенной жидкости, например, йода. Через некоторое время вода станет равномерно слабо окрашенной в цвет йода. Это произошло за счет того, что молекулы йода самопроизвольно (т.е. без постороннего вмешательства) перемешались с молекулами воды.

Такой процесс, когда молекулы одного вещества проникают в промежутки между молекулами другого вещества, называется диффузией. Причина диффузии — тепловое движение частиц. Вследствие диффузии происходит выравнивание концентраций вещества в пределах некоторого пространства (в рассмотренном примере – в стакане воды).

Очень просто продемонстрировать диффузию в газах. Если в одном конце комнаты смочить кусочек ваты одеколоном, через несколько секунд запах одеколона можно почувствовать в другом конце комнаты. Причина запаха – диффузия молекул одеколона в воздухе.

В твердых телах диффузия также возможна, но протекает очень медленно.

Диффундировать могут также частицы самого вещества. Такой процесс называется самодиффузией. Например, в результате самодиффузии происходит выравнивание концентраций в смеси изотопов одного и того же вещества.

Еще одна разновидность диффузии – неупорядоченное движение крупных частиц в газе или жидкости вследствие броуновского движения.

Скорость диффузии в газах наиболее высокая. Наименьшая скорость диффузии наблюдается в твердых телах. Скорость диффузии также зависит от массы диффундирующих молекул (атомов) и температуры. Скорость диффузии увеличивается при уменьшении массы диффундирующих частиц и увеличении температуры среды.

В основе математического описания диффузии лежит закон Фика, который был открыт в 1855 г. немецким физиологом и физиком А. Фиком. Затем на основе закона Фика более полное математическое описание диффузии было позже сделано Альбертом Эйнштейном.   

Поскольку за счет диффузии происходит выравнивание концентраций вещества в некоторой среде, это явление имеет большое значение для практики. Например, в живых организмах происходит диффузия кислорода из легких в кровь, а затем из крови – в другие ткани.

В основе многих технологических процессов также лежит диффузия. Например, в порошковой металлургии за счет диффузии происходит спекание порошков. Поэтому знание законов диффузии помогает созданию материалов и разработке новых технологий в авиации, космонавтике и других областях современной техники.

А в ядерной физике известна диффузия нейтронов. При этом нейтроны в веществе многократно изменяют направление своего движения и скорость из-за столкновений с атомными ядрами.

7 класс по физике

Глава 1. Первоначальные сведения о строении вещества§ 10. Диффузия в газах, жидкостях и твёрдых телах

Всем хорошо известно, что если в комнату внести какое-либо пахучее вещество, например духи или кофе, то запах вскоре будет чувствоваться во всей комнате. Распространение запахов происходит из-за того, что молекулы духов (или кофе) движутся. Они на своём пути сталкиваются с молекулами газов, которые входят в состав воздуха. Молекулы постоянно меняют направление движения и, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по комнате. Распространение запаха является доказательством непрерывного и беспорядочного движения молекул.

Проделаем опыт, который можно объяснить только тем, что тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном движении.

Явление диффузии, наблюдаемое в аромалампе

Нальём в мензурку (или стакан) раствор медного купороса, имеющего тёмно-голубой цвет

Сверху осторожно добавим чистой воды (рис. 23).

Рис. 23. Диффузия в жидкостях

Вначале между водой и медным купоросом будет видна резкая граница, которая через несколько дней станет слегка размытой. Граница, отделяющая одну жидкость от другой, исчезнет через 2—3 недели. В сосуде образуется однородная жидкость бледно-голубого цвета. Это значит, что жидкости перемешались.

Наблюдаемое явление объясняется тем, что молекулы воды и медного купороса, которые расположены возле границы раздела этих жидкостей, поменялись местами (рис. 24). Граница раздела стала расплывчатой. Молекулы медного купороса оказались в нижнем слое воды, а молекулы воды переместились в верхний слой медного купороса.

Рис. 24. Размывание границы раздела двух жидкостей при диффузии

Постепенно молекулы медного купороса и воды, двигаясь непрерывно и беспорядочно, распространяются по всему объёму. Жидкость в сосуде становится однородной.

Явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого, называют диффузией.

В твёрдых телах также происходит диффузия, но только ещё медленнее.

Например, очень гладко отшлифованные пластинки свинца и золота кладут одна на другую и ставят на них некоторый груз. При комнатной температуре (20 °С) за 4 — 5 лет золото и свинец взаимно проникают друг в друга на расстояние около 1 мм (рис. 25). В приведённых опытах мы наблюдаем взаимное проникновение молекул веществ, т. е. диффузию.

Рис. 25. Диффузия в твёрдых телах

Процесс диффузии ускоряется с повышением температуры. Это происходит потому, что с повышением температуры увеличивается скорость движения молекул.

Явление диффузии играет большую роль в природе. Так, например, благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли. Диффузия растворов различных солей в почве способствует нормальному питанию растений.

Вопросы:

1. Что такое диффузия?

2. Как протекает диффузия в жидкостях? Опишите опыт.

3. Приведите примеры диффузии в окружающем мире.

4. Воду в некоторых случаях очищают путём озонирования, т. е. насыщением её озоном. На каком явлении основан этот метод очистки?

Задания:

1. Налейте в один стакан холодной воды, в другой — тёплой. Опустите в каждый из них несколько кристалликов марганцовки. Объясните наблюдаемое явление.

2. Пользуясь рисунком 24, объясните процесс протекания диффузии в жидкостях.

3. Если у вас дома имеется комнатное растение, проведите его подкормку путём опрыскивания кроны питательным раствором. Пронаблюдайте, как будет развиваться растение. Объясните, на каком явлении основан такой способ подкормки.

4. Налейте в стакан воды и поставьте его в кастрюлю с тёплой водой на плиту, поддерживая температуру 50 — 60 °С. Насыпьте в стакан соль и размешайте, после того как соль растворится, досыпьте её вновь. И так до тех пор, пока не получите насыщенный раствор (т. е. соль не будет растворяться). Теперь раствор перелейте в другую ёмкость, чтобы избавиться от излишков соли на дне. Возьмите самый крупный кристаллик соли, подвесьте его на ниточку и опустите в соляной раствор. Через несколько дней вы увидите, как кристаллик начнёт увеличиваться в размере. На каком явлении основан рост кристаллика?

Выращивание кристалла

Предыдущая страницаСледующая страница

Кинетика химических реакций

Скорость химической реакции определяется изменением количества реагирующих веществ (исходных или конечных) в единицу времени.

где С₁, С₂ — концентрации веществ в момент t₁, t₂.

Если С — концентрация исходных веществ, то С_1> С₂ и следовательно:

Если С — концентрация продуктов, то С_2> С₁ и следовательно:

Для реакции аА + вВ = сС в соответствии с основным постулатом химической кинетики скорость реакции пропорциональна чилу столкновений между молекулами и связана с концентрациями реагирующих веществ:

где k — коэффициент пропорциональности, или константа скорости реакции.

Сумма показателей степеней (а + в), в которые возведены концентрации реагирующих веществ определяет порядок реакции g. Понятие порядка реакции в простейших случаях близко к понятию молекулярности реакции, которое определяется числом молекул, участвующих в каждом элементарном химическом акте.

Диффузия: тест

1. Какие явления подтверждают движение молекул? а) растворение, испарение, диффузия; б) диффузия, нагревание, склеивание.
2. Может ли капля растительного масла покрыть океан? а) да; б) нет, она растечется настолько, насколько позволит толщина в одну молекулу.
3. В каких телах диффузия течет быстрее? а) в газах; б) в жидкостях; в) в твердых телах; г) не имеет значения.
4. Нагреваясь, жидкости, металлы и газы в объеме: а) увеличиваются; б) уменьшаются; в) не изменяются.
5. Одинакова ли скорость молекул в неподвижном воздухе в жару и мороз? а) в мороз быстрее; б) в жару медленнее; в) в мороз медленнее; г) скорость не меняется.
6. Какой вывод можно сделать, изучив материал о диффузии: а) молекулы всех веществ на Земле неподвижны; б) молекулы всех веществ движутся с той или иной скоростью.
7. Зависит ли диффузия от температуры тел: а) с повышением температуры диффузия начинает протекать медленнее; б) с повышением температуры диффузия начинает происходить быстрее; в) диффузия никак не зависит от температуры.

Ответы: I — а; II — б; III — а; IV — а; V — в; VI — б; VII — б.

Строение вещества и агрегатные состояния

Наверняка вы слышали, что все вещества состоят из молекул. Золотой слиток, кактус на подоконнике и даже ваш любимый бургер состоят из мельчайших частичек, которые являются носителями всех физических и химических свойств этого предмета или вещества.

В зависимости от агрегатного состояния, в газах, жидкостях и твердых телах меняются две вещи. Во-первых, расстояние между молекулами. Давайте вспомним (или догадаемся), каким должно быть расстояние между молекулами, чтобы предмет характеризовали слова «твердый», «крепкий», «держащий форму»? Правильно, расстояние должно быть очень маленьким, чтобы молекулы выстраивались в стройные рядочки и, держась друг за друга, не позволяли телу растечься и потерять форму.

А если нам все же нужна эта текучесть? Тогда расстояние между молекулами нужно немного увеличить, но так, чтобы силы взаимодействия еще держали молекулы рядом друг с другом и они не разлетались по всему объему сосуда. Представьте, как тяжело было бы пить сок, если бы его пришлось ловить по всей комнате!

С газами происходит именно такая история. Газы (кислород, водород, хлор и другие) также состоят из молекул, но расстояние между ними настолько большое, что они обладают свойствами, отличными от свойств жидкостей и твердых тел: газы занимают весь предоставленный объем, легко сжимаются, не имеют своей формы.

Кивните, если все понятно. Кивнули? Прекрасно, идем дальше.

В зависимости от того, в каком состоянии находится вещество, будет меняться и скорость движения молекул (скорость зависит также от температуры, но об этом позже). В твердых телах молекулы выстраиваются в так называемые кристаллические решетки, об этом мы говорили выше. Эта жесткая структура не позволяет молекулам летать где им вздумается и сталкиваться со своими братьями и сестрами. Все, что остается бедным молекулам, — вибрировать на своих местах и ждать тех времен, когда можно будет сменить агрегатное состояние на какое-нибудь другое.

Когда температура вещества поднимется и достигнет критического значения, тело начнет плавиться — становиться жидкостью. Молекулы при этом хоть и не обретают полную свободу, но начинают двигаться активнее. Они способны перепрыгивать со своих мест, сталкиваться с другими молекулами — вести активный образ жизни. И чем выше температура жидкости, тем быстрее двигаются молекулы.

А при переходе в газообразное состояние наступает полная свобода! Молекулы разрывают все связи друг с другом, двигаются очень быстро и хаотично, словно соревнуются по скорости полета, красоте кувырков и количеству столкновений.

В разрезе этой темы стоит упомянуть и броуновское движение. Похоже ли оно на диффузию?

Броуновское движение — беспорядочное движение микроскопических видимых взвешенных частиц твердого вещества в жидкости или газе, вызываемое тепловым движением частиц жидкости или газа.

Как мы видим, броуновское движение отвечает за хаотичное перемещение микрочастичек в жидкостях или газах, в то время как благодаря явлению диффузии вещества проникают друг в друга.

«Это все, конечно, увлекательно, — можете возразить вы, — но когда возникает диффузия?»

Она происходит прямо сейчас!