Difúze mezi pevnou a kapalnou hmotou. Difúze v plynech, kapalinách a pevných látkách

Snímek 4

Tři skupenství hmoty

Rozměry molekuly jsou asi 10‾¹ºm

zopakujme

Snímek 5

"Cením si jedné zkušenosti nad 1000 názorů zrozených z představivosti"

M. V. Lomonosov

• Zdroje fyzikálních znalostí

Snímek 6

Brownův pohyb

Robert Brown v roce 1827 při pozorování suspenze rostlinného pylu pod mikroskopem zjistil, že částice jsou v nepřetržitém pohybu a popisují složité trajektorie.

Snímek 8

Pozorována difúze

• V plynech
• V kapalinách
• V pevných látkách

Snímek 9

Aromatické oleje a pryskyřice jsou široce používány v parfémovém průmyslu, lékařské aromaterapii a pro církevní potřeby.

Difúze plynů v plynech

Snímek 10

Difúze plynů v plynech

• Aromatika
• Oleje
• Pryskyřice
• Okvětní lístky jasmínu
• okvětní lístky růží
• Myrha
• kadidlový strom

Snímek 11

Koho z nás nezasáhla vůně jarní noci? Cítili jsme vůni ptačí třešně, akátu a šeříku. Molekuly vůně květin difundují do vzduchu.

Difúze plynů v plynech

Snímek 12

Čaj, káva a kakao se běžně konzumují jako posilující plodiny.

Domovinou čaje je Čína, káva Afrika, kakao Amerika. Rychlé šíření aroma těchto nápojů se vysvětluje tím, že molekuly vonné látky pronikají mezi molekuly vzduchu.

Difúze plynů v plynech

Snímek 13

Nejpočetnější způsob komunikace hmyzu je prostřednictvím čichových chemikálií, kterými se zvířata chrání nebo přitahují pozornost.

• K přenosu pachů dochází difúzí.

Difúze plynů v plynech

Snímek 14

• Atraktivní
• Feromony, hormony.
• Difúze plynů v plynech
• Vůně
• Motýli
• Májoví brouci
• Fretky
• Štěnice
• Skunkové
• Odporný
• Repelenty

Snímek 15

Lesy jsou plícemi planety, které pomáhají všem živým tvorům dýchat.

Městský vzduch obsahuje mnoho plynných látek (oxid uhelnatý, oxid uhličitý, oxidy dusíku, síra), které vznikají při práci průmyslového komplexu, dopravy a inženýrských sítí.

Proces čištění vzduchu lesy lze vysvětlit difúzí.

Difúze plynů v plynech

Snímek 16

Přírodní hořlavý plyn nemá barvu ani zápach.

Difúze plynů v plynech

Díky difúzi se plyn šíří po místnosti a tvoří výbušnou směs.

Snímek 18

Způsoby, jak vyřešit problém životního prostředí spojený s čištěním vzduchu:

1) filtry na výfukovém potrubí;

2) pěstování rostlin podél silnic a kolem podniků, které absorbují škodlivé látky.

Difúze plynů v plynech

• Topol

Snímek 19

Pozorování procesu difúze molekul vzduchu a molekul amoniaku (indikátorem je lakmusový papírek, který zaznamenává přítomnost alkalického prostředí)

NÁŠ EXPERIMENT

Snímek 20

Pozorování rozpouštění kouře z ohně ve vzduchu.

NÁŠ EXPERIMENT

Snímek 21

NÁŠ EXPERIMENT

Šíření vůně osvěžovače vzduchu v místnosti.

Snímek 22

Včelí jed je bezbarvá, průhledná kapalina s aromatickým zápachem a vysokou biologickou aktivitou.

Rychlé pronikání včelího jedu je spojeno s biologickými procesy v těle

(s pohybem molekul jedu a jejich interakcí s mezibuněčnou tekutinou pojivové tkáně).

DIFUZE KAPALINY V KAPALINĚ

Snímek 23

K přípravě čaje se používají květy a listy některých rostlin: jasmín, růže, lípa, oregano, máta, tymián a další.

DIFUZE KAPALINY V KAPALINĚ

Snímek 24

DIFUZE KAPALINY V KAPALINĚ

• Zelený
• Černý

V pevném stavu závisí barva čaje na způsobu zpracování lístků.

Vaření čaje je založeno na difúzi molekul vody a barviva rostlin.

Snímek 25

NÁŠ EXPERIMENT

Zveme vás na čaj.

Snímek 26

NÁŠ EXPERIMENT

Porovnání rychlosti difúze při vaření čaje studenou a horkou vodou.

Proces difúze se zrychluje se zvyšující se teplotou; se vyskytuje pomaleji než v plynech.

Snímek 27

Přidáním plátku citronu se čaj zesvětlí.

NÁŠ EXPERIMENT

Barva čaje je hnědá pouze v neutrálním prostředí (voda).

Snímek 28

NÁŠ EXPERIMENT

Pro nasycení barvy řepy se do vody přidává kyselina octová.

Snímek 29

Vůně soli, vůně jódu.

Neodolatelná a hrdá

Útesové kamenné náhubky

Vytahují je z vody...

Yu Drunina

Každý rok se do atmosféry dostanou 2 miliardy tun solí.

Snímek 30

Smog je žlutá mlha, která otravuje vzduch, který dýcháme.

Smog je hlavní příčinou respiračních a srdečních onemocnění a oslabené imunity člověka.

DIFUZE PEVNÝCH LÁTEK V PLYNECH

Snímek 31

DIFUZE PEVNÝCH LÁTEK V PLYNECH

Částice nalezené v městském vzduchu.

• Pyl rostlin
• Mikroorganismy a jejich spory
• Suchý písek
• Uhelný prach
• Cementový prach
• Hnojivo
• Azbest
• Kadmium
• Rtuť
• Vést
• Oxid železa
• Oxid měďnatý
• Poloměr částice, µm
• 20 – 60
• 1 - 15
• 200 - 2000
• 10 – 400
• 10 – 150
• 30 – 800
• 10 – 200
• 0,5-1
• 0,1-1
• 0,1-1

Snímek 32

Jak vysvětlit proces nakládání zeleniny?

Snímek 33

DIFUZE PEVNÉ LÁTKY V KAPALINĚ

Houbové okurky

Snímek 34

Ovocné okurky

DIFUZE PEVNÉ LÁTKY V KAPALINĚ

Při solení se krystaly soli rozpadají na ionty Na a Cl ve vodném roztoku, náhodně se pohybují a zabírají prostory mezi póry potravinářských výrobků.

Snímek 35

Výroba džemu a kompotů.

DIFUZE PEVNÉ LÁTKY V KAPALINĚ

Snímek 36

Výroba cukru z řepy v průmyslové výrobě

DIFUZE PEVNÉ LÁTKY V KAPALINĚ

Snímek 37

Rozpouštění krystalů manganistanu draselného ve vodě.

NÁŠ EXPERIMENT

Snímek 38

NÁŠ EXPERIMENT

Rozpouštění krystalů cukru v horké vodě.

Snímek 39

Rozpuštění tablety Mucaltina ve vodě.

NÁŠ EXPERIMENT

Snímek 40

Výroba nakládaných okurek, kysaného zelí, solených ryb a sádla doma.

NÁŠ EXPERIMENT

Snímek 41

Aby se železným a ocelovým dílům propůjčila tvrdost, odolnost proti opotřebení a konečná pevnost, jsou jejich povrchy podrobeny difúznímu nasycení uhlíkem (cementace).

Snímek 42

Anglický metalurg William Roberts-Austin měřil difúzi zlata v olovu umístěním tohoto válce do pece o teplotě asi 200 °C na 10 dní.

Atomy zlata byly rovnoměrně rozmístěny po celém olověném válci.

Snímek 43

NÁŠ EXPERIMENT

Pozorování fenoménu difúze manganistanu draselného a molekul vosku.

Snímek 44

NÁŠ EXPERIMENT

• Výsledky za tři týdny.
• Uplynuly dva měsíce.
• Molekuly pevných látek difundují nejpomaleji.

Snímek 45

• Důvodem difúze je náhodný pohyb molekul.
• Rychlost difúze závisí na stavu agregace kontaktujících těles.
• Difúze je rychlá v plynech, pomalejší v kapalinách a velmi pomalá v pevných látkách.
• Difúzní proces se zrychluje se zvyšující se teplotou, s poklesem viskozity média a velikosti částic.

Snímek 46

1. Která kresba nejsprávněji zobrazuje kapku vody pod mikroskopem při velkém zvětšení?

2. Máte-li modely částic dvou látek, ukažte, co se v látce děje, když se spontánně smísí.

3. Vyberte obrázek, na kterém směr šipek správně ukazuje směr pohybu dvou částic v látce.

Popište, jak se částice pohybují ve hmotě.

Jaké tance nebo melodie lze přirovnat k pohybu palmových částic rostoucích v Africe a cedrových částic rostoucích na Sibiři?

Snímek 47

Každý ví, jak je cibule zdravá. Ale když to rozřízneme, roníme slzy. vysvětlit proč?

Vysvětluje se to fenoménem difúze Důvodem je těkavá látka lachrymator, která způsobuje slzení. Rozpouští se v tekutině oční sliznice a uvolňuje kyselinu sírovou, která dráždí oční sliznici.

Snímek 48

Střední úroveň: 1. Ve kterém nálevu – horkém nebo studeném – se budou okurky nakládat rychleji?

2. Proč tkanina natřená nekvalitní barvou nemůže zůstat v kontaktu se světlým prádlem, když je mokrá?

Dostatečná úroveň: 1. Proč kouř z ohně stoupající vzhůru rychle přestává být viditelný i za bezvětří?

2. Budou se pachy šířit v hermeticky uzavřeném suterénu, kde není absolutně žádný průvan?

Vysoká hladina: 1. Otevřená nádoba obsahující ether byla vyvážena na váze a ponechána sama. Po nějaké době byla rovnováha vah narušena. Proč?

2. Jaký význam má difúze pro dýchací procesy člověka a zvířat?

Snímek 49

1. Odstavec č. 9, otázky k odstavci;

2. Experimentální úloha (popište doma pozorované difúzní jevy).

3. Odpovězte na otázku písemně:

Proč sladký sirup časem chutná jako ovoce? (středně pokročilá úroveň)

Proč se slaný sleď po chvíli ponechání ve vodě stane méně slaným? (dostatečná úroveň)

Proč se při lepení a pájení používá tekuté lepidlo a roztavená pájka? (vysoká úroveň)

Snímek 50

Snímek 51

1. Semke A.I. "Nestandardní problémy ve fyzice", Jaroslavl: Akademie rozvoje, 2007.

2. Shustova L.V., Shustov S.B. "Chemické základy ekologie." M.: Vzdělávání, 1995.

3. Lukashik V.I. Kniha úloh z fyziky pro 7-8 ročníků. M.: Vzdělávání, 2002.

4. Katz Ts.B. Biofyzika v hodinách fyziky. M.: Vzdělávání, 1998.

5. Encyklopedie fyziky. M.: Avanta +, 1999.

6. Bogdanov K.Yu. Fyzik na návštěvě u biologa. M.: Nauka, 1986.

7. Enochovich A.S. Příručka fyziky. M.: Vzdělávání, 1990.

8. Olgin O.I. Experimenty bez výbuchů. M.: Chemie, 1986.

9. Kovtunovič M.G. "Domácí pokus ve fyzikálních třídách 7-11." M.: Humanitární nakladatelské centrum, 2007.

10. Internetové zdroje.

Literatura

Zobrazit všechny snímky

Cíle lekce:

Vzdělávací: upevnit znalosti studentů na dané téma, naučit je porozumět a popsat chování molekul látky v různých stavech agregace, vysvětlit význam difúzního procesu v přírodě a lidském životě.

Vzdělávací: nadále rozvíjet schopnost studentů vědecky myslet.

Vzdělávací: vštípit studentům schopnost porovnávat jevy viděné v přírodě s nabytými znalostmi o různých fyzikálních zákonech.

Klíčové pojmy:

Stav hmoty je stav hmoty, který lze charakterizovat souborem určitých vlastností (například zachovalost nebo neschopnost zachovat objem, tvar apod.).

Difúze

Pojem stavu agregace hmoty.

Svět kolem nás je složitý a proměnlivý. Zároveň si můžeme všimnout, že bezmezná rozmanitost světa nakonec tak neomezená není. Často vidíme stejné látky v různých skupenstvích.

Nejjednodušším příkladem, kterým mohu dokázat pravdivost svých slov, je voda. Nejsnáze je vidět v různých skupenstvích – je to pára nebo mlha, je to led nebo sníh, je to tekutina tekoucí z kohoutku v kuchyni. Ať už jsou vlastnosti vody v té či oné formě jakékoliv, vždy zůstává vodou – její složení se nemění. Jsou to stejné 2 molekuly vodíku a 1 molekula kyslíku.

Pokud budeme pokračovat v příkladu, který jsme si vzali, můžeme vidět, že tyto 3 skupenství vody závisí na určitých vnějších podmínkách. Voda tedy mrzne při 0 stupních, mění se v led a voda se vaří při 100 stupních a mění se v páru. Tato fotografie jasně ukazuje všechny 3 skupenství vody:

Rýže. 1:3 fyzikální skupenství vody

Jaké závěry tedy můžeme vyvodit poté, co pečlivě promyslíme příklad, který jsme uvedli? Budou takto:

Stav agregace látky je stav látky, který lze za určitých podmínek charakterizovat souborem určitých vlastností (například zachovalost nebo neschopnost zachovat objem, tvar apod.).

Nejen voda může být ve třech stavech agregace: pevné, kapalné a plynné. To je vlastní všem látkám.

Někdy se ke třem výše uvedeným stavům agregace přidává ještě čtvrtý – plazma. Představu o tom, jak plazma vypadá, si můžete udělat z následujícího obrázku:

Rýže. 2: plazmová lampa

ale o plazmatu se podrobněji dozvíte v hodinách fyziky a chemie na střední škole.

Difúzní proces

Jak jsme se již všichni dozvěděli, všechny látky se skládají z drobných částic – iontů, atomů, molekul, které jsou v neustálém pohybu. Je to tento pohyb, který způsobuje proces difúze.

Difúze je proces zahrnující vzájemné pronikání molekul látek do prostorů mezi molekulami v jiných látkách.

Podívejme se blíže na difúzi v různých stavech agregace.

Difúze v plynech

Uveďme si společně příklady procesu difúze v plynech. Varianty projevu tohoto jevu mohou být následující:

Šíření vůně květin;

Slzy nad sekáním cibule;

Stopa parfému, která je cítit ve vzduchu.

Mezery mezi částicemi ve vzduchu jsou poměrně velké, částice se pohybují chaoticky, takže k difúzi plynných látek dochází celkem rychle.

Pojďme se podívat na video demonstrující tento proces:

Difúze v kapalinách.

Částice látek v kapalinách, a to jsou nejčastěji ionty látek, na sebe dosti silně interagují. Zároveň je vzdálenost mezi ionty poměrně velká, což umožňuje částicím se snadno mísit.

Následující video ukazuje, jak probíhá proces difúze v kapalinách. Částice barvy padající na povrch vody snadno difundují, to znamená, že pronikají do vody.

Rýže. 3: Částice barvy se rozprostírají ve vodě.

Stejný proces, ale v dynamice, můžete pozorovat ve videu na příkladu rozpouštění krystalů manganistanu draselného:

Difúze v pevných látkách.

Pevné látky mohou mít různé struktury a skládat se z molekul, atomů nebo iontů. V každém případě, bez ohledu na to, z jakých mikročástic se tělo skládá, je vzájemné působení těchto částic velmi silné. Navzdory skutečnosti, že se ony, tyto částice, stále pohybují, jsou tyto pohyby velmi nevýznamné. Prostory mezi částicemi jsou malé, což ztěžuje pronikání jiných látek mezi ně. Proces difúze v pevných látkách je velmi pomalý a pouhým okem neviditelný.

Pojďme se o tom podívat na video:

Když jsme se dozvěděli o zvláštnostech procesu difúze v různých stavech agregace, viděli jsme, že tento proces není stejně rychlý. Na čem závisí rychlost difúze? Na tuto otázku již máme jednu odpověď – rychlost difúzního procesu závisí na stavu agregace látky.

Vy i já také víme, že částice látek se s rostoucí teplotou začínají pohybovat rychleji. Znamená to, že se s rostoucí teplotou bude zrychlovat i proces difúze? Odpověď je zřejmá. Pro potvrzení se podívejme na video:

Intenzita difúze jedné látky do druhé závisí také na koncentraci těchto látek a na vnějších vlivech (např. když roztok jódu jednoduše kápnete do vody a pokud jej navíc přimícháte, rychlost, jakou roztok nabývá jednotná barva bude jiná).

Závěry

1. Stav agregace látky je stav látky, který lze za určitých podmínek charakterizovat souborem určitých vlastností (například zachovalost nebo neschopnost zachovat objem, tvar apod.). Nejen voda může být ve třech stavech agregace: pevné, kapalné a plynné. To je vlastní všem látkám.

2. Difúze je proces spočívající ve vzájemném pronikání molekul látek do prostorů mezi molekulami v jiných látkách.

3. Rychlost difúze závisí na: teplotě, koncentraci, vnějších vlivech a stavu agregace látky.

Je těžké přeceňovat proces šíření v lidském životě. Například k pronikání kyslíku přes nejtenčí stěnu alveolů do kapilár plic dochází právě díky difúzi. Stěny alveolů jsou z fyzikálního hlediska velmi tenké, stěna alveolů je polopropustná membrána. Koncentrace kyslíku v atmosférickém vzduchu je mnohem vyšší než jeho koncentrace a kapilární krev, proto kyslík proniká přes polopropustnou membránu – tam, kde je ho méně. Díky difúzi dýcháme.

Tento proces také částečně zajišťuje průnik živin z trávicího systému do krve a účinek mnoha léků.

Obrázek schematicky ukazuje, jak se živiny vstřebávají v lidském střevě.

Rýže. 4: tenké střevo savce

Reference

Lekce na téma: „Difúze v plynech, kapalinách, pevných látkách“, autor Selezneva A.M., Městská vzdělávací instituce Střední škola č. 7, Bojarka, Kyjevská oblast.

Peryshkin A.V. „Fyzika 7. třída“, Moskva, Drop, 2006

Rodina N. A., Gromov S. V., „Fyzika“, M., Mir, 2002

Upravil a odeslal Borisenko I.N..

Na lekci se pracovalo:

Aplikovat získané znalosti a dovednosti k řešení praktických problémů v běžném životě

Studenti dokončí úkol, zapamatují si, dosáhnou cíle pomocí vlastních zdrojů paměti a myšlení. Sestaví odpověď, vyjádří svůj vlastní názor a dospějí ke konsenzu.

Kontrolujte svůj vlastní čas, správnost a pořadí svých vlastních prohlášení a prohlášení jejich partnera během pracovního procesu

Difúze v přírodě a technologii

Pracují s texty, které každá skupina obdrží. Úkolem každé skupiny je zvýraznit hlavní body v textu a napsat příběh o aplikaci procesu difúze v této oblasti.

Ze skupiny může být několik řečníků. Text skupiny 1

. Difúze ve světě rostlin
Ve světě rostlin je role difúze skutečně velmi důležitá. Například velký rozvoj listové koruny stromů se vysvětluje tím, že difúzní výměna povrchem listů plní nejen funkci dýchání, ale částečně i výživu. V současné době je široce praktikováno listové krmení ovocných stromů postřikem jejich korun.
Při zásobování přírodních nádrží a akvárií kyslíkem hrají hlavní roli difúzní procesy. Kyslík se ve stojatých vodách dostává do hlubších vrstev vody díky difúzi jejich volným povrchem. Jakákoli omezení na volné hladině vody jsou proto nežádoucí. Například listí nebo okřehek pokrývající hladinu vody může zcela zastavit přístup kyslíku do vody a vést ke smrti jejích obyvatel. Ze stejného důvodu jsou pro použití jako akvárium nevhodné nádoby s úzkým hrdlem.

Text 2 skupiny. Role difúze v lidském trávení a dýchání

K největšímu vstřebávání živin dochází v tenkém střevě, jehož stěny jsou k tomu speciálně uzpůsobeny. Vnitřní povrch lidského střeva je 0,65 m2. Je pokryta klky - mikroskopickými útvary sliznice o výšce 0,2-1 mm, díky nimž skutečná plocha střeva dosahuje 4-5 m2, tzn. dosahuje 2-3 násobku povrchu celého těla. Proces vstřebávání živin ve střevě je možný díky difúzi.
Dýchání - přenos kyslíku z prostředí do těla jeho vnitřními vrstvami - nastává tím rychleji, čím větší je povrch těla a prostředí, a čím pomaleji, čím jsou vrstvy těla tlustší a hustší. Z toho je zřejmé, že malé organismy, jejichž povrch je velký v porovnání s objemem těla, se zcela obejdou bez speciálních dýchacích orgánů, spokojí se s prouděním kyslíku výhradně vnější schránkou.
Jak člověk dýchá? U lidí se dýchání účastní celý povrch těla – od nejtlustší epidermis pat až po vlasovou pokožku hlavy. Zvláště intenzivně dýchá kůže na hrudi, zádech a břiše. Zajímavé je, že tyto oblasti kůže jsou z hlediska intenzity dýchání výrazně intenzivnější než plíce. Při stejně velké dýchací ploše se zde může kyslík vstřebat o 28 % a oxidu uhličitého se může uvolnit dokonce o 54 % více než v plicích. V celém dýchacím procesu je však účast kůže ve srovnání s plícemi zanedbatelná, protože celková plocha plic, pokud rozšíříte všech 700 milionů alveol, mikroskopické bubliny přes stěny, mezi nimiž dochází k výměně plynů. vzduchu a krve, je asi 90-100 m2 a celková plocha povrchu lidské kůže je asi 2 m2, tedy 45-50krát méně. Difúze má tedy velký význam v životních procesech lidí, zvířat a rostlin. Díky difúzi proniká kyslík z plic do lidské krve a z krve do tkání.

Text skupiny 3. Aplikace difúze v technologii.

Difúze je široce používána v průmyslu. Difúzní svařování kovů je založeno na fenoménu difúze. Metoda difuzního svařování se používá ke spojování kovů, nekovů, kovů a nekovů a plastů. Díly jsou umístěny v uzavřené svařovací komoře se silným vakuem, stlačeny a zahřáty na 800 stupňů. V tomto případě dochází k intenzivní vzájemné difúzi atomů v povrchových vrstvách kontaktujících materiálů. Difuzní svařování se používá především v elektronickém a polovodičovém průmyslu a v přesném strojírenství.
K extrakci rozpustných látek z drceného pevného materiálu se používá difuzní aparatura. Taková zařízení jsou rozšířena především při výrobě řepného cukru, kde se z nich získává cukrová šťáva z řepných lupínků zahřátých společně s vodou.
Proces pokovování je založen na fenoménu difúze - pokrytí povrchu výrobku vrstvou kovu nebo slitiny, aby se mu udělily fyzikální, chemické a mechanické vlastnosti, které se liší od vlastností pokovovaného materiálu. Používá se k ochraně výrobků před korozí, opotřebením, ke zvýšení kontaktní elektrické vodivosti ak dekorativním účelům. Pro zvýšení tvrdosti a tepelné odolnosti ocelových dílů se používá nauhličování. Spočívá v umístění ocelových dílů do krabice s grafitovým práškem, která je instalována v tepelné peci. Díky difúzi pronikají atomy uhlíku do povrchové vrstvy dílů. Hloubka průniku závisí na teplotě a době setrvání dílů v tepelné peci.

Text pro skupinu 4. Ale difúze není pro člověka vždy dobrá. Bohužel je nutné upozornit na škodlivé projevy tohoto jevu. Komíny podniků vypouštějí do ovzduší oxid uhličitý, oxidy dusíku a síru. V současnosti celkové množství plynových emisí do atmosféry přesahuje 40 miliard tun ročně. Nadbytek oxidu uhličitého v atmosféře je nebezpečný pro živý svět Země, narušuje koloběh uhlíku v přírodě a vede ke vzniku kyselých dešťů. Proces difúze hraje velkou roli ve znečištění řek, moří a oceánů. Roční vypouštění průmyslových a domácích odpadních vod na světě je přibližně 10 bilionů tun.
Znečištění vodních ploch vede k zániku života v nich a voda používaná k pití se musí čistit, což je velmi nákladné. V kontaminované vodě navíc probíhají chemické reakce, při kterých se uvolňuje teplo. Teplota vody se zvyšuje a obsah kyslíku ve vodě klesá, což je špatné pro vodní organismy. Kvůli stoupající teplotě vody už mnoho řek v zimě nezamrzá.
Pro snížení emisí škodlivých plynů z průmyslových potrubí a potrubí tepelných elektráren jsou instalovány speciální filtry. Aby se zabránilo znečištění vodních ploch, je nutné zajistit, aby odpadky, potravinový odpad, hnůj a různé druhy chemikálií nebyly vyhazovány blízko břehů.

Text práce je vyvěšen bez obrázků a vzorců.
Plná verze práce je k dispozici v záložce "Soubory práce" ve formátu PDF

Difúze hraje obrovskou roli v přírodě, v lidském životě a v technologii. Difúzní procesy mohou mít pozitivní i negativní vliv na život lidí i zvířat. Příkladem pozitivního dopadu je udržení jednotného složení atmosférického vzduchu v blízkosti zemského povrchu. Difúze hraje důležitou roli v různých oblastech vědy a techniky, v procesech probíhajících v živé i neživé přírodě. Ovlivňuje průběh chemických reakcí.

Za účasti difúze nebo při narušení a změně tohoto procesu může docházet k negativním jevům v přírodě a lidském životě, jako je rozsáhlé znečištění životního prostředí produkty technického pokroku člověka.

Relevance: Difúze dokazuje, že tělesa jsou složena z molekul, které jsou v náhodném pohybu; Difúze má velký význam v životě člověka, zvířat a rostlin, stejně jako v technice.

Cíl:

dokažte, že difúze závisí na teplotě;

zvážit příklady difúze v domácích experimentech;

ujistěte se, že k difúzi dochází v různých látkách odlišně.

Uvažujme tepelnou difúzi látek.

Cíle výzkumu:

Prostudujte si odbornou literaturu na téma „Diffusion“.

Dokažte závislost rychlosti difúze na druhu látky a teplotě.

Studujte vliv fenoménu difúze na životní prostředí a člověka.

Popište a navrhněte nejzajímavější difúzní experimenty.

Metody výzkumu:

Analýza literatury a internetových materiálů.

Provádění experimentů ke studiu závislosti difúze na typu látky a teplotě.

Analýza výsledků.

Předmět výzkumu: fenomén difúze, závislost průběhu difúze na různých faktorech, projevy difúze v přírodě, technice a každodenním životě.

Hypotéza: Difúze má pro člověka i přírodu velký význam.

1.Teoretická část

1.1.Co je difúze

Difúze je spontánní mísení kontaktujících látek, ke kterému dochází v důsledku chaotického (neuspořádaného) pohybu molekul.

Další definice: difúze ( lat. difusio- šíření, šíření, rozptyl) - proces přenosu hmoty nebo energie z oblasti s vysokou koncentrací do oblasti s nízkou koncentrací.

Nejznámějším příkladem difúze je míšení plynů nebo kapalin (pokud inkoust kápnete do vody, kapalina se po nějaké době rovnoměrně zbarví).

K difúzi dochází v kapalinách, pevných látkách a plynech. K difúzi dochází nejrychleji v plynech, pomaleji v kapalinách a ještě pomaleji v pevných látkách, což je způsobeno povahou tepelného pohybu částic v těchto médiích. Trajektorie každé částice plynu je přerušovaná čára, protože Při srážkách částice mění směr a rychlost svého pohybu. Po staletí dělníci svařovali kovy a vyráběli ocel zahříváním pevného železa v uhlíkové atmosféře, aniž by měli sebemenší ponětí o procesech difúze, ke kterým během tohoto procesu dochází. Teprve v roce 1896 začal problém studovat.

Difúze molekul je velmi pomalá. Pokud je například na dno sklenice s vodou umístěn kousek cukru a voda se nemíchá, bude trvat několik týdnů, než se roztok stane homogenním.

1.2. Role difúze v přírodě

Pomocí difúze se vzduchem šíří různé plynné látky: například kouř z požáru se šíří na velké vzdálenosti. Pokud se podíváte na komíny podniků a výfukové potrubí automobilů, v mnoha případech je v blízkosti potrubí vidět kouř. A pak někam zmizí. Kouř se difúzí rozpouští ve vzduchu. Pokud je kouř hustý, pak se jeho oblak táhne docela daleko.

Výsledkem difúze může být vyrovnání teploty v místnosti při větrání. Stejně tak dochází ke znečištění ovzduší škodlivými průmyslovými produkty a výfukovými plyny vozidel. Přírodní hořlavý plyn, který doma používáme, je bez barvy a bez zápachu. Pokud dojde k úniku, není možné si toho všimnout, proto se na distribučních stanicích plyn mísí se speciální látkou, která má ostrý nepříjemný zápach, který člověk snadno postřehne i ve velmi nízké koncentraci. Toto opatření vám umožní rychle zaznamenat nahromadění plynu v místnosti, pokud dojde k úniku (obrázek 1).

Díky fenoménu difúze se spodní vrstva atmosféry - troposféra - skládá ze směsi plynů: dusíku, kyslíku, oxidu uhličitého a vodní páry. Při absenci difúze by došlo vlivem gravitace k separaci: na dně by byla vrstva těžkého oxidu uhličitého, nad ní - kyslík, nahoře - dusík, inertní plyny (obr. 2).

Tento jev pozorujeme i na obloze. Rozptýlené mraky jsou také příkladem difúze, a jak o tom přesně řekl F. Tyutchev: „Na obloze tají mraky...“ (obrázek 3)

Princip difúze je založen na míšení sladké vody se slanou vodou, když řeky vtékají do moří. Difúze roztoků různých solí v půdě přispívá k normální výživě rostlin.

Difúze hraje důležitou roli v životě rostlin a živočichů. Mravenci si označují cestu kapkami páchnoucí kapaliny a zjišťují cestu domů (obrázek 4)

Díky difúzi si hmyz nachází potravu. Motýli, vlající mezi rostlinami, si vždy najdou cestu ke krásné květině. Včely, které objevily sladký předmět, na něj zaútočí svým rojem. A rostlina jim také roste a kvete díky difuzi. Ostatně říkáme, že rostlina dýchá a vydechuje vzduch, pije vodu a z půdy přijímá různé mikroaditiva.

Masožravci také nacházejí své oběti prostřednictvím difúze. Žraloci cítí krev na několik kilometrů daleko, stejně jako piraně (obrázek 5).

Difúzní procesy hrají hlavní roli v zásobování přírodních nádrží a akvárií kyslíkem. Kyslík se ve stojatých vodách dostává do hlubších vrstev vody díky difúzi jejich volným povrchem. Například listí nebo okřehek pokrývající hladinu vody může zcela zastavit přístup kyslíku do vody a vést ke smrti jejích obyvatel. Ze stejného důvodu jsou pro použití jako akvárium nevhodné nádoby s úzkým hrdlem (obr. 6).

Již bylo uvedeno, že význam fenoménu difúze pro život rostlin a zvířat má mnoho společného. Nejprve je třeba poznamenat roli difúzní výměny povrchem rostlin při výkonu dýchací funkce. Například u stromů je zvláště velký vývoj povrchu (koruny listů), protože difúzní výměna povrchem listů plní funkci dýchání. K.A. Timiryazev řekl: „Ať už mluvíme o výživě kořene díky látkám nacházejícím se v půdě, ať už mluvíme o vzdušné výživě listů díky atmosféře nebo výživě jednoho orgánu na úkor druhého, sousedního. - všude se budeme uchylovat ke stejným důvodům vysvětlení: difúze“ (obrázek 7).

Díky difúzi proniká kyslík z plic do lidské krve a z krve do tkání.

V odborné literatuře jsem studoval proces jednosměrné difúze – osmózu, tzn. difúze látek přes semipermeabilní membrány. Proces osmózy se od volné difúze liší tím, že na hranici dvou kontaktujících kapalin je překážka v podobě přepážky (membrány), která je propustná pouze pro rozpouštědlo a vůbec nepropouští molekuly rozpuštěné látky ( Obr. 8).

Půdní roztoky obsahují minerální soli a organické sloučeniny. Voda z půdy se do rostliny dostává osmózou přes polopropustné membrány kořenových vlásků. Koncentrace vody v půdě je vyšší než uvnitř kořenových vlásků, takže voda proniká do zrna a dává rostlině život.

1.3. Role difúze v každodenním životě a technologii

Difuze se využívá v mnoha technologických procesech: solení, výroba cukru (štěpky cukrové řepy se promývají vodou, molekuly cukru difundují z štěpků do roztoku), výroba džemů, barvení látek, praní prádla, cementování, svařování a pájení kovů vč. difúzní svařování ve vakuu (svařují se kovy, které nelze spojovat jinými metodami - ocel s litinou, stříbro s nerezem atd.) a difúzní pokovování výrobků (nasycení povrchu ocelových výrobků hliníkem, chromem, křemíkem), nitridace - sycení povrchu oceli dusíkem (ocel se stává tvrdou, otěruvzdornou), nauhličování - sycení ocelových výrobků uhlíkem, kyanidace - sycení povrchu oceli uhlíkem a dusíkem.

Šíření pachů ve vzduchu je nejčastějším příkladem difúze v plynech. Proč se zápach nešíří okamžitě, ale po nějaké době? Faktem je, že při pohybu určitým směrem se molekuly zapáchající látky srážejí s molekulami vzduchu. Dráha každé částice plynu je přerušovaná čára, protože Při srážkách částice mění směr a rychlost svého pohybu.

2. Praktická část

Kolik úžasných a zajímavých věcí se kolem nás děje! Chci toho hodně vědět, zkus to vysvětlit sám. Právě z tohoto důvodu jsem se rozhodl provést sérii experimentů, při kterých jsem se snažil zjistit, zda teorie difúze skutečně platí a zda se v praxi potvrzuje. Jakákoli teorie může být považována za spolehlivou pouze tehdy, pokud je opakovaně experimentálně potvrzena.

Pokus č. 1 Pozorování jevu difúze v kapalinách

Cíl: studium difúze v kapalině. Pozorujte rozpouštění kousků manganistanu draselného ve vodě při konstantní teplotě (při t = 20°C)

Zařízení a materiály: sklenice vody, teploměr, manganistan draselný.

Vzal jsem si kousek manganistanu draselného a dvě sklenice čisté vody o teplotě 20 °C. Vložila kousky manganistanu draselného do sklenic a začala pozorovat, co se děje. Po 1 minutě se voda ve sklenicích začne barvit.

Voda je dobré rozpouštědlo. Vlivem molekul vody se ničí vazby mezi molekulami pevných látek manganistanu draselného.

V první sklenici jsem roztok nemíchal, ale ve druhé ano. Mícháním vody (protřepáváním) jsem se ujistil, že proces difúze probíhá mnohem rychleji (2 minuty)

Barva vody v první sklenici se postupem času stává intenzivnější. Molekuly vody pronikají mezi molekuly manganistanu draselného a narušují přitažlivé síly. Současně s přitažlivými silami mezi molekulami začnou působit síly odpudivé a v důsledku toho dochází k destrukci krystalové mřížky pevné látky. Proces rozpouštění manganistanu draselného je u konce. Experiment trval 3 hodiny a 15 minut. Voda se zbarvila úplně do karmínové (obrázek 9-12).

Lze usuzovat, že fenomén difúze v kapalině je dlouhodobý proces, jehož výsledkem je rozpouštění pevných látek.

Chtěl jsem zjistit, na čem ještě závisí rychlost difúze.

Pokus č. 2 Studium závislosti rychlosti difúze na teplotě

Cíl: studovat, jak teplota vody ovlivňuje rychlost difúze.

Zařízení a materiály: teploměry - 1 kus, stopky - 1 kus, sklenice - 4 kusy, čaj, manganistan draselný.

(zkušenost s přípravou čaje při počáteční teplotě 20°C a při teplotě 100°C ve dvou sklenicích).

Vzali jsme dvě sklenice vody při t=20 °C a t=100 °C. Obrázky ukazují průběh experimentu po určité době od začátku: na začátku experimentu - obr. 1, po 30 s. Obr. - Obr. 2, po 1 minutě. - Obr. 3, po 2 minutách. - Obr.4, po 5 minutách. - rýže 5, po 15 minutách. - Obr. 6. Z této zkušenosti můžeme usoudit, že rychlost difúze je ovlivněna teplotou: čím vyšší je teplota, tím vyšší je rychlost difúze (obrázek 13-17).

Stejné výsledky jsem získal, když jsem si dal 2 sklenice vody místo čaje. Jeden z nich obsahoval vodu pokojové teploty, druhý měl vodu vařící.

Do každé sklenice dávám stejné množství manganistanu draselného. Ve sklenici, kde byla teplota vody vyšší, probíhal proces difúze mnohem rychleji (obr. 18-23.)

Proto rychlost difúze závisí na teplotě – čím vyšší teplota, tím intenzivnější difúze nastává.

Pokus č. 3 Pozorování difúze pomocí chemických činidel

Cíl: Pozorování fenoménu difúze na dálku.

Zařízení: vata, čpavek, fenolftalein, zkumavka.

Popis zážitku: Do zkumavky nalijte amoniak. Navlhčete kousek vaty fenolftaleinem a umístěte jej na zkumavku. Po nějaké době pozorujeme zbarvení rouna (obr. 24-26).

Amoniak se odpaří; molekuly čpavku pronikly do vaty nasáklé fenolftaleinem a ta se zabarvila, ačkoliv vata nepřišla do styku s alkoholem. Molekuly alkoholu se smíchaly s molekulami vzduchu a dostaly se až k vatě. Tento experiment demonstruje fenomén difúze na dálku.

Zkušenost č. 4. Pozorování jevu difúze v plynech

Cíl: studium změn difúze plynů ve vzduchu v závislosti na změnách pokojové teploty.

Zařízení a materiály: stopky, parfém, teploměr

Popis získaných zkušeností a výsledků: Studoval jsem dobu šíření vůně parfému v kanceláři V = 120 m 3 při teplotě t = +20 0. Doba byla zaznamenávána od začátku šíření pachu v místnosti do dosažení zjevné citlivosti u osob stojících ve vzdálenosti 10 m od studovaného objektu (parfém). (Obrázek 27-29)

Pokus č. 5 Rozpouštění kousků kvaše ve vodě o konstantní teplotě

Cíl:

Zařízení a materiály: tři sklenice, voda, kvaš tří barev.

Popis získaných zkušeností a výsledků:

Vzali tři sklenice, naplnili vodou t = 25 0 C a do sklenic vhodili stejné kousky kvaše.

Začali jsme pozorovat rozpouštění kvaše.

Fotografie byly pořízeny po 1 minutě, 5 minutách, 10 minutách, 20 minutách, rozpouštění skončilo po 4 hodinách 19 minutách (obrázek 30-34)

Pokus č. 6 Pozorování jevu difúze v pevných látkách

Cíl: pozorování difúze v pevných látkách.

Zařízení a materiály: jablko, brambory, mrkev, zelený roztok, pipeta.

Popis získaných zkušeností a výsledků:

Jablko, mrkev a brambory nakrájejte na jednu z půlek.

Pozorujeme, jak se skvrna šíří po povrchu

Řežeme v místě kontaktu s brilantní zelení, abychom viděli, jak hluboko pronikla dovnitř (obr. 35-37)

Jak provést experiment k potvrzení hypotézy o možnosti difúze v pevných látkách? Je možné míchat látky v takovém stavu agregace? S největší pravděpodobností je odpověď „Ano“. Je však vhodné pozorovat difúzi v pevných látkách (velmi viskózních) pomocí hustých gelů. Jedná se o hustý roztok želatiny. Dá se připravit následovně: ve studené vodě rozpustíme 4-5 g suché jedlé želatiny. Želatina musí nejprve několik hodin nabobtnat a poté se zcela rozpustí rozmícháním ve 100 ml vody, vložené do nádoby s horkou vodou. Po ochlazení se získá 4-5% roztok želatiny.

Pokus č. 7 Pozorování difúze pomocí hustých gelů

Cíl: Pozorování jevu difúze v pevných látkách (pomocí hustého roztoku želatiny).

Zařízení: 4% roztok želatiny, zkumavka, malý krystal manganistanu draselného, ​​pinzeta.

Popis a výsledek experimentu: Roztok želatiny vložte do zkumavky; jedním pohybem rychle vložte do středu zkumavky krystal manganistanu draselného.

Krystal manganistanu draselného na začátku experimentu

Umístění krystalu v lahvičce s roztokem želatiny po 1,5 hodině

Během pár minut kolem krystalu začne růst fialová koule, která se postupem času zvětšuje a zvětšuje. To znamená, že krystalická látka se šíří všemi směry stejnou rychlostí (obrázek 38-39)

V pevných látkách dochází k difúzi, ale mnohem pomaleji než v kapalinách a plynech.

Pokus č. 8 Rozdíl teplot v kapalině - tepelná difúze

Cíl: Pozorování jevu tepelné difúze.

Zařízení: 4 stejné skleněné nádoby, 2 barvy, teplá a studená voda, 2 plastové karty.

Popis a výsledek experimentu:

1. Přidejte trochu červené barvy do nádob 1 a 2, modré barvy do nádob 3 a 4.

2. Do nádob 1 a 2 nalijte horkou vodu.

3. Do nádob 3 a 4 nalijte studenou vodu.

4. Přikryjte nádobu 1 plastovou kartou, otočte ji dnem vzhůru a položte na nádobu 4.

5. Přikryjte nádobu 3 plastovou kartou, otočte ji dnem vzhůru a položte na nádobu 2.

6. Vyjměte obě karty.

Tento experiment demonstruje účinek tepelné difúze. V prvním případě se horká voda objeví nad studenou vodou a k difúzi nedojde, dokud se teploty nevyrovnají. A v druhém případě je naopak spodek horký a vrch studený. A ve druhém případě začnou molekuly horké vody směřovat nahoru a molekuly studené vody začnou směřovat dolů (obrázek 41-44).

Závěr

V průběhu této výzkumné práce lze dojít k závěru, že difúze hraje v životě lidí a zvířat obrovskou roli.

Z této výzkumné práce lze usoudit, že trvání difúze závisí na teplotě: čím vyšší je teplota, tím rychleji k difúzi dochází.

Studoval jsem fenomén difúze na příkladu různých látek.

Rychlost proudění závisí na druhu látky: v plynech proudí rychleji než v kapalinách; v pevných látkách probíhá difúze mnohem pomaleji Toto tvrzení lze vysvětlit následovně: molekuly plynu jsou volné, nacházejí se ve vzdálenostech mnohem větších, než je velikost molekul, a pohybují se vysokou rychlostí. Molekuly kapalin jsou uspořádány stejně náhodně jako v plynech, ale mnohem hustěji. Každá molekula, obklopená sousedními molekulami, se pomalu pohybuje uvnitř kapaliny. Molekuly pevných látek vibrují kolem rovnovážné polohy.

Dochází k tepelné difúzi.

Seznam použité literatury

Gendenstein, L.E. Fyzika. 7. třída. Část 1 / L.E. Gendenshtein, A.B., Kaidalov. - M: Mnemosyne, 2009.-255 s.;

Kirillová, I.G. Čítanka o fyzice pro žáky 7. tříd středních škol / I.G. Kirillova.- M., 1986.-207 s.;

Olgin, O. Pokusy bez výbuchů / O. Olgin - M.: Khimik, 1986.-192 s.;

Peryshkin, A.V. Učebnice fyziky 7. třída / A.V. Peryshkin.- M., 2010.-189 s.;

Razumovský, V.G. Kreativní problémy ve fyzice / V.G. Razumovský.- M., 1966.-159 s.;

Ryženkov, A.P. Fyzika. Člověk. Prostředí: Příloha k učebnici fyziky pro 7. ročník vzdělávacích institucí / A.P. Ryzhenkov.- M., 1996.- 120 s.;

Chuyanov, V.A. Encyklopedický slovník mladého fyzika / V.A. Čujanov.- M., 1984.- 352 s.;

Šablovský, V. Zábavná fyzika / V. Šablovský. S.-P., Trigon, 1997.-416 s.

Aplikace

obrázek 1

obrázek 2

obrázek 3

obrázek 4

Obrázek 5

Obrázek 6

Obrázek 7

Částice rozpouštědla (modré) jsou schopny procházet membránou,

částice rozpuštěné látky (červené) nejsou.

obrázek 8

obrázek 9

obrázek 10

obrázek 11

Obrázek 12

Obrázek 13

obrázek 14

obrázek 15

Obrázek 16

obrázek 17

obrázek 18

Obrázek 19

obrázek 20

obrázek 21

obrázek 22

obrázek 23

obrázek 24

obrázek 25

obrázek 26

obrázek 27

obrázek 28

obrázek 29

obrázek 30

obrázek 31

obrázek 32

obrázek 33

obrázek 34

obrázek 35

obrázek 36

Fyzika je jedna z nejzajímavějších, nejtajemnějších a zároveň logických věd. Vysvětluje vše, co lze vysvětlit, dokonce i to, jak se čaj stává sladkým a polévka slanou. Skutečný fyzik by řekl jinak: takto dochází k difúzi v kapalinách.

Difúze

Difúze je magický proces pronikání nejmenších částic jedné látky do mezimolekulárních prostorů druhé. Mimochodem, takové pronikání je vzájemné.

Víte, jak se toto slovo překládá z latiny? Šíření, šíření.

Jak probíhá difúze v kapalinách?

Difúzi lze pozorovat při interakci jakýchkoli látek: kapalných, plynných a pevných.

Chcete-li zjistit, jak probíhá difúze v kapalinách, můžete zkusit vhodit do průhledné nádoby s čistou vodou pár zrnek barvy, mletého olova nebo třeba manganistanu draselného. Je lepší, když je tato nádoba vysoká. co uvidíme? Krystaly nejprve vlivem gravitace klesnou ke dnu, ale po chvíli se kolem nich objeví halo barevné vody, která se bude šířit a šířit. Pokud se k těmto nádobám nepřiblížíme alespoň několik týdnů, zjistíme, že se voda téměř úplně zbarví.

Další jasný příklad. Aby se cukr nebo sůl rychleji rozpustily, je potřeba je rozmíchat ve vodě. Ale pokud to neuděláte, cukr nebo sůl se po nějaké době samy rozpustí: čaj nebo kompot zesládne a polévka nebo solný roztok se stanou slanými.

Jak dochází k difúzi v kapalinách: zkušenost

Chcete-li zjistit, jak závisí rychlost difúze na teplotě látky, můžete provést malý, ale velmi orientační experiment.

Vezměte dvě sklenice stejného objemu: jednu se studenou vodou, druhou s horkou vodou. Do obou sklenic nasypte stejné množství instantního prášku (například kávu nebo kakao). V jedné z nádob se prášek začne intenzivněji rozpouštět. Víte, který přesně? Můžete hádat? Kde je teplota vody vyšší! K difúzi totiž dochází při náhodném chaotickém pohybu molekul a při vysokých teplotách k tomuto pohybu dochází mnohem rychleji.

K difúzi může dojít v jakékoli látce, liší se pouze doba výskytu tohoto jevu. Nejvyšší rychlost je v plynech. Proto byste neměli skladovat máslo v lednici vedle sledě nebo sádla nastrouhaného s jemně nasekaným česnekem. Dále následují kapaliny (od nejnižší po nejvyšší hustotu). A nejpomalejší je difúze pevných látek. I když na první pohled difúze v pevných látkách neexistuje.