Диффузия вокруг нас

Оглавление

Введение …………………………………………………………………………3

Основная часть: знания о диффузии ………………………………………......5

Экспериментальная часть: исследования …………………………………….…8

Заключение ………………………………………………………………………10

Список используемой литературы ……………………………………………..11

Приложение ……………………………………………………………………...12

Введение

Уже в глубокой древности, за 2500 тыс. лет до нашего времени, зародилось представление, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших частиц, недоступных непосредственному наблюдению. Только лишь за последние 150 лет развилось и было экспериментально обоснованно учение о молекулах и атомах (молекулярная теория). И основателем молекулярной теории был Демокрит. Суть учения Демокрита сводилась к следующему: не существует ничего, кроме атомов; атомы бесконечны по числу и бесконечно разнообразны по форме; различие между вещами происходит от различия их атомов в числе, величине, форме и порядке; качественного различия между атомами нет. Учения Демоктрита существуют давно, однако и ныне учения основаны на предположениях того времени.

В основе современного положения молекулярно-кинетической теории лежат три утверждения, каждое из которых в настоящее время строго доказано экспериментально: вещество состоит из атомов; эти частицы хаотически движутся; частица взаимодействуют друг с другом.

Из учений Демокрита следует, что все тела состоят из атомов, однако атомы могут образовывать молекулы.

Диффузия – это самопроизвольное перемешивание соприкасающихся веществ, происходящее вследствие хаотического (беспорядочного) движения молекул.[1-2]

Цель данной исследовательской работы: наблюдение и изучение явления диффузии.

1. Убедиться, что диффузия в разных веществах происходит по-разному;

2. Доказать, что диффузия зависит от температуры.

Актуальность: диффузия доказывает, что тела состоят из молекул, которые находятся в беспорядочном движении; диффузия имеет большое значение в жизни человека, животных и растений, а также технике.

Задачи данной исследовательской работы:

1. Изучение литературных источников;

2. Заложение и проведение опытов;

3. Обработка результатов;

4. Выводы.

Методы: эксперимент, наблюдение, описание, анализ.

Приборы и материалы: калий перманганат, бумажная салфетка, вода, 2 колбочки с водой, 10 г черного чая, термометр, освежитель воздуха, рулетка.

Знания о диффузии

Молекулами называют мельчайшие частицы, из которых состоят различные вещества (и которые обладают свойствами этого свойствами этого вещества). Частица находятся в непрерывном движении. Одним из проявления теплового движения является процесс диффузия.

Диффузия – это самопроизвольное перемешивание соприкасающихся веществ, происходящее вследствие хаотического (беспорядочного) движения молекул.

Диффузия – это самопроизвольное выравнивание неоднородной концентрации атомов или молекул разного сорта. Если воду и чернила осторожно налить в тонкую (во избежание конвекции) пробирку, то четкая в начале граница раздела двух жидкостей расплывается, и в конце концов жидкости перемешиваются. Перемешиваются и атомы твердых тел, если тела растворяются друг в друге.

Диффузия происходит в жидкостях, твердых телах и газах. Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях, ещё медленнее в твёрдых телах, что обусловлено характером теплового движения частиц в этих средах. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, т.к. при столкновениях частицы меняют направление и скорость своего движения. Столетиями рабочие сваривали металлы и получали сталь нагреванием твердого железа в атмосфере углерода, не имея ни малейшего представления о происходящих при этом диффузионных процессах. Лишь в 1896г. началось изучение проблемы.

Английский металлург Вильям Робертс –Аустин в простом эксперименте измерил диффузию золота в свинце. Он наплавил тонкий диск золота на конец цилиндра из чистого свинца длиной в 1 дюйм (2,45 см), поместил этот цилиндр в печь, где поддерживалась температура около 200⁰С, и держал его в печи 10 дней.

Потом он разрезал цилиндр на тонкие диски и измерил массу золота, которое продиффундировало в каждый срез свинца.

Оказалось, что к “чистому концу” через весь цилиндр прошло вполне измеримое количество золота. Это еще раз доказывает, что скорость диффузии очень быстро возрастает с повышением температуры. Например, цинк диффундирует в медь при 300⁰С почти в 100 миллионов раз быстрее, чем при комнатной температуре.

С точки зрения атомного строения вещества проницаемость твердых тел вполне объяснима. В настоящее время мы хорошо представляем себе, что даже наиболее твердое тело – всего лишь довольно слабо связанный набор атомов. В кристаллах, образующих металл, атомы (ионы, молекулы) располагаются в строго определенном порядке. Такое расположение атомов в кристаллах образует кристаллическую решетку. Однако идеальных и полностью застроенных решеток не существует. В них всегда имеются пустые места, которые носят название вакансий или дырок, в которые могут переходить диффундирующие атомы. Эту вакансию атом оставляет после себя, занимая новую вакансию. В нее может перейти соседний атом; итак, путем непрерывных перемещений атом может пройти через кристалл.[1-2]

Диффузия обеспечивает безопасность.

Горючий природный газ, которым мы пользуемся дома для приготовления пищи, не имеет ни цвета, ни запаха. Поэтому трудно было бы сразу заметить утечку газа. А при утечке за счет диффузии газ распространяется по всему помещению. Между тем при определенном соотношении газа с воздухом в закрытом помещении образуется смесь, которая может взорвать, например, от зажженной спички. Газ может вызвать и отравление у людей.

Чтобы сделать поступление газа в помещение заметным, на распределительных станциях горючий газ предварительно смешивают с особыми веществами, обладающими резким неприятным запахом, который легко ощущается человеком даже при весьма малой концентрации. Такая мера предосторожности позволяет быстро заметить газа в помещении, если образовалась утечка. Явление диффузии удивительно и имеет большое значение.[4-5]

Экспериментальная часть

1-ый эксперимент: наблюдение проникновения атомов (молекул) одного вещества между молекулами другого вещества (опыт с перманганатом калия и салфеткой).

Взяли бумажную салфетку и капнули на него немного воды. Вода растеклась по поверхности. Потом взяли 10 кусочков перманганата калия и положили на салфетку (рис.1). Стали наблюдать за происходящим. Через 32 секунды вокруг кусочков с калием образовались видимые разводы бордового цвета (рис.2). А еще через 27 секунд разводы увеличелись почти вдвое (рис.3). Этот процесс продолжался до тех пор, пока все кусочки полностью не растворились (рис.4).

Вывод: мы пронаблюдали проникновения атомов (молекул) перманганата калия между молекулами воды. А это и есть диффузия.

2-ой эксперимент: изучение зависимости скорости протекания диффузии от температуры (опыт приготовления чая в двух колбочках. В первой при t = 19°С, во второй при t = 89°С).

Взяли 2 сосуда с водой разной температуры. В сосуд №1 t = 19°С, в сосуде №2 t = 89°С. Опускаем в эти сосуды по 5 г чая.

Прошла 1 мин (рис.5), прошло 2 мин и мы перемешиваем воду в сосудах (рис.6). Прошло 5 мин (рис.7). Прошло 15 мин (рис.8). Цвет в сосуде №1 имеет светлую окраску, а в сосуде №2 цвет чая более насыщенный.

Вывод из этого эксперимента можно сделать следующий, что на скорость прохождения диффузии влияет температура. И чем выше температура воды, тем быстрее протекает диффузия.

3-ий эксперимент: наблюдение диффузии в газах (опыт с освежителем воздуха) .

В комнате длинной 9 м и шириной 6 м в одном углу распылили освежитель воздуха (рис. 9), и через 1 минуты 47 секунд в другом конце комнаты почувствовался запах освежителя.

Вывод: в газах диффузия протекает значительно быстрее, чем в жидкостях. Это обусловлено тем, что между молекулами газа расстояние значительно больше, чем между молекулами жидкости, а значит и молекулы одного вещества проникают между молекулами другого вещества. И диффузия происходит быстрее.

Заключение

Во всех случаях мы наблюдали процесс диффузии. Диффузия – это временный процесс. Продолжительность диффузии зависит от рода вещества. И от температуры: чем выше температура, тем быстрее протекает диффузия. Диффузия протекает во всех трех агрегатных состояниях вещества. В газах диффузия протекает быстрее, чем в жидкостях, а в жидкостях быстрее, чем в твердых телах.

Мы в своей работе исследовали диффузию в жидкостях и газах. Не рассмотрели лишь диффузию в твердом теле, т.к. для диффузии в твердом теле потребуется много времени.

Учеными был поставлен опыт: гладкоотшлифованные пластины свинца и золота положили одну на другую и прижали грузом. Через 5 лет золото и свинец проникли друг в друга всего на 1 мм.[3]

Явление диффузии широко применяется на производстве, в процессах жизнедеятельности человека, животных и растений, в медицине, в полупроводниковом производстве (для создания микросхем).

Именно благодаря диффузии кислород из легких проникает в кровь, из крови в ткани; питательные вещества благодаря диффузии из кишечника поступает в кровь; вследствие диффузии газов состав воздуха у поверхности Земли однороден; диффузия играет существенную роль в питании растений и животных; на явлении диффузии основана концентрация продуктов питания.

И еще очень многое, что происходит благодаря диффузии.[5]

Список используемой литературы

1. В.А. Чуянов. Энциклопедический словарь юного физика. М.: “Педагогика-Пресс”

2. И.Г. Кириллова. Книга для чтения по физике. М. – “Просвещение”, 1986 г.

3. Перышкин А.В. Физика. 7 кл: учеб. для общеобразоват. учреждений / А.В. Перышкин. – 13-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2009.

4. www. all – fizika.com/

5. www. fizika.ru/

Приложение

Рис.3

Рис.4

Рис.2

Рис.1

Рис.6

Рис.5

Рис.8

Рис.7

Рис.9

9