Диф­фу­зия 

1. Что такое диффузия?

В нашей по­все­днев­ной жизни мы ино­гда не за­ме­ча­ем неко­то­рых фи­зи­че­ских яв­ле­ний. На­при­мер, кто-то от­крыл фла­кон с ду­ха­ми, и мы, даже на­хо­дясь на боль­шом рас­сто­я­нии, по­чув­ству­ем этот запах. Под­ни­ма­ясь по лест­ни­це к своей квар­ти­ре, мы можем ощу­тить запах пищи, при­го­тов­лен­ной дома. Мы опус­ка­ем в ста­кан с го­ря­чей водой па­ке­тик с за­вар­кой для при­го­тов­ле­ния чая, и даже не за­ме­ча­ем, как за­вар­ка окра­ши­ва­ет всю воду в чашке.

Хотя чай­ная за­вар­ка на­хо­дит­ся внут­ри па­ке­ти­ка, она окра­ши­ва­ет всю воду в чашке

Рис. 1. Хотя чай­ная за­вар­ка на­хо­дит­ся внут­ри па­ке­ти­ка, она окра­ши­ва­ет всю воду в чашке

Все пе­ре­чис­лен­ные яв­ле­ния свя­за­ны с одним и тем же фи­зи­че­ским яв­ле­ни­ем, ко­то­рое на­зы­ва­ет­ся диф­фу­зи­ей. Про­ис­хо­дит она по­то­му, что мо­ле­ку­лы од­но­го и дру­го­го ве­ще­ства вза­им­но про­ни­ка­ют друг между дру­гом.

Диф­фу­зия – это са­мо­про­из­воль­ное вза­им­ное про­ник­но­ве­ние мо­ле­кул од­но­го ве­ще­ства в про­ме­жут­ки между мо­ле­ку­ла­ми дру­го­го.

В этом опре­де­ле­нии важ­ным яв­ля­ет­ся каж­дое слово: и са­мо­про­из­воль­ное, и вза­им­ное, и про­ник­но­ве­ние, и мо­ле­кул.

2. Опыты, демонстрирующие явление диффузии

Если на­лить в сосуд рас­твор мед­но­го ку­по­ро­са (го­лу­бо­го цвета), а свер­ху ак­ку­рат­но, не до­пус­кая пе­ре­ме­ши­ва­ния, на­лить чи­стую воду, то можно за­ме­тить, что по­на­ча­лу до­воль­но чет­кая гра­ни­ца между водой и мед­ным ку­по­ро­сом со вре­ме­нем ста­но­вит­ся все более раз­мы­той. Если про­дол­жать опыт в те­че­ние неде­ли, эта гра­ни­ца со­вер­шен­но ис­чез­нет, и жид­кость в со­су­де ста­нет рав­но­мер­но окра­шен­ной.

Диф­фу­зия рас­тво­ра мед­но­го ку­по­ро­са в воде

Рис. 2. Диф­фу­зия рас­тво­ра мед­но­го ку­по­ро­са в воде

Зна­чи­тель­но быст­рее про­ис­хо­дит про­цесс диф­фу­зии в газах. Возь­мем ци­лин­дри­че­ский стек­лян­ный сосуд без дна и при­кре­пим к его внут­рен­ней по­верх­но­сти вер­ти­каль­ные по­лос­ки уни­вер­саль­ной ин­ди­ка­тор­ной бу­ма­ги. Эти по­лос­ки об­ла­да­ют спо­соб­но­стью из­ме­нять свой цвет под дей­стви­ем паров неко­то­рых ве­ществ. На­льем неболь­шое ко­ли­че­ство та­ко­го ве­ще­ства на дно чашки и по­ме­стим в эту чашку ци­лин­дри­че­ский сосуд. Мы уви­дим, что сна­ча­ла ин­ди­ка­тор­ные по­лос­ки из­ме­нят свой цвет в их ниж­ней части, но уже через 10-20 се­кунд по­лос­ки при­об­ре­тут яр­ко-си­нюю окрас­ку по всей длине. Это зна­чит, что воз­дух и га­зо­об­раз­ное ве­ще­ство са­мо­про­из­воль­но пе­ре­ме­ша­лись между собой, то есть про­изо­шло вза­им­ное про­ник­но­ве­ние мо­ле­кул од­но­го ве­ще­ства в про­ме­жут­ки между мо­ле­ку­ла­ми дру­го­го, зна­чит про­изо­шла диф­фу­зия.

В ре­зуль­та­те диф­фу­зии паров ле­ту­че­го ве­ще­ства окрас­ка по­ло­сок ин­ди­ка­тор­ной бу­ма­ги из­ме­ня­ет­ся вна­ча­ле внизу, а затем по всей длине

Рис. 3. В ре­зуль­та­те диф­фу­зии паров ле­ту­че­го ве­ще­ства окрас­ка по­ло­сок ин­ди­ка­тор­ной бу­ма­ги из­ме­ня­ет­ся вна­ча­ле внизу, а затем по всей длине

 3. Влияние температуры на скорость диффузии

Ока­зы­ва­ет­ся, на ско­рость диф­фу­зии опре­де­лен­ных ве­ществ можно вли­ять. Чтобы убе­дить­ся в этом, возь­мем два ста­ка­на, один с го­ря­чей, а дру­гой с хо­лод­ной водой. На­сып­лем в оба ста­ка­на оди­на­ко­вое ко­ли­че­ство рас­тво­ри­мо­го кофе.

В одном из ста­ка­нов диф­фу­зия пой­дет го­раз­до быст­рее. Как под­ска­зы­ва­ет вам жиз­нен­ный опыт, диф­фу­зия про­ис­хо­дит тем быст­рее, чем выше тем­пе­ра­ту­ра диф­фун­ди­ру­ю­щих ве­ществ.

Вода в пра­вом ста­кане имеет более вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру, и по­это­му диф­фу­зия рас­тво­ри­мо­го кофе в нем про­ис­хо­дит быст­рее

Рис. 4. Вода в пра­вом ста­кане имеет более вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру, и по­это­му диф­фу­зия рас­тво­ри­мо­го кофе в нем про­ис­хо­дит быст­рее

Чем выше тем­пе­ра­ту­ра ве­ществ, тем быст­рее про­ис­хо­дит диф­фу­зия.

4. Диффузия в твердых телах

Может ли про­ис­хо­дить диф­фу­зия в твер­дых телах? На пер­вый взгляд – нет. Но опыт дает дру­гой ответ на этот во­прос. Если по­верх­но­сти двух раз­лич­ных ме­тал­лов (на­при­мер, свин­ца и зо­ло­та) хо­ро­шо от­по­ли­ро­вать и плот­но при­жать друг к другу, то вза­им­ное про­ник­но­ве­ние мо­ле­кул ме­тал­лов можно за­ре­ги­стри­ро­вать на глу­би­ну около од­но­го мил­ли­мет­ра. Прав­да, для этого по­тре­бу­ет­ся время в несколь­ко лет.

Диф­фу­зия в твер­дых телах про­ис­хо­дит крайне мед­лен­но

Рис. 5. Диф­фу­зия в твер­дых телах про­ис­хо­дит крайне мед­лен­но

5. Выводы

- Диф­фу­зия может про­ис­хо­дить в газах, жид­ко­стях и твер­дых телах, но время, необ­хо­ди­мое для про­те­ка­ния диф­фу­зии, зна­чи­тель­но раз­ли­ча­ет­ся.

 - Ско­рость диф­фу­зии можно уве­ли­чить, уве­ли­чи­вая тем­пе­ра­ту­ру диф­фун­ди­ру­ю­щих ве­ществ.

Последнее изменение: Среда, 8 Апрель 2020, 16:38