10 exemple în care rolul difuziei este vizibil. Difuzia joacă un rol imens în natură, în viața umană și în tehnologie.

Besedina Daria

Sunt atât de multe lucruri uimitoare și interesante care se întâmplă în jurul nostru. Stelele îndepărtate strălucesc pe cerul nopții, o lumânare arde pe fereastră, vântul poartă aroma cireșilor înfloriți, o bunica îmbătrânită te urmărește cu privirea... Vreau să știu multe, încerc să-mi explic singur. La urma urmei, multe fenomene naturale sunt asociate cu procesele de difuzie, despre care am vorbit recent la școală. Dar au spus atât de puțin! Această lucrare va lua în considerare un fenomen fizic specific - difuzia. Unul dintre cele mai semnificative fenomene din fizică, care are atât de multe pe care le întâlnim în fiecare zi și le folosim în beneficiul nostru. Deci, să vorbim despre difuzie.

Descarca:

Previzualizare:

UNIVERSITATEA DE STAT ORENBURG

DEPARTAMENTUL DE LUCRU CU SOLICITANȚI ȘI ORIENTARE PROFESIONALĂ A TINERILOR

SECȚIUNEA „ȘCOALĂ UNIVERSITARĂ”

XXXVIII CONFERINȚA ȘTIINȚIFICĂ A ELEVILOR

Subsecțiunea FIZICĂ

UN FENOMEN UIMINATOR - DIFUZIA!

Efectuat:

Besedina Daria

Clasa a VII-a MOAU „Gimnaziul Nr. 3” Orenburg

Profesor de școală:

Filatova Nadejda Nikolaevna

Consilier stiintific:

Filatova Nadejda Nikolaevna

Profesor de fizică de cea mai înaltă categorie de calificare

Orenburg 2016

Introducere…………………………………………………………………………………………………..3

Capitolul I. Prevederi teoretice despre fenomenul difuziei……………………5

1.1 Mecanismul procesului de difuzie…………………………………………………………………….….5

1.2 Difuzia în lichide……………………………………………………..….5

1.3 Difuzia în gaze……………………………………………………………………………6

1.4 Difuzia în solide………………………………………………………………………….6

1.5 Ce determină viteza de difuzie…………….…7

1.6 Manifestări nocive ale difuziei…………………………………………………………………….7

1.7 Osmoza………………………………………………………………………………..…8

1.8 Difuzia în viața umană……………………………………………………….…8

1.9 Acest lucru este interesant!............................................. .......................................................... ............. .....9

Capitolul II. Observații practice ale difuziunii…………………………11

Ancheta sociologică……………………………………………………………………..12

Concluzie………………………………………………………………………………………………….14

Referințe………………………………………………………………………15

Aplicații

Introducere

„Cel mai puternic lucru din lume este că

Nu este vizibil, nu se aude și nu este tangibil”

Lao Tse

Structura materiei este una dintre principalele probleme ale științei, iar baza fizicii moderne este știința atomo-moleculară. Dejaîn antichitate, cu 2500 de ani înainte de vremea noastră, a apărut ideea că toate corpurile din jurul nostru sunt formate din particule minuscule care sunt inaccesibile observației directe.În prezent, dovezile pentru prevederile teoriei cinetice moleculare sunt atât de numeroase și convingătoare încât existența moleculelor este recunoscută ca un fapt stabilit. Dintre numărul mare de prevederi științifice și de fapte experimentale legate de teoria cinetică moleculară, fenomenul difuziei mi-a trezit cel mai mare interes.Difuzia este un fenomen uimitor pe care îl întâlnim de-a lungul vieții.Rolul jucat de difuzie în lumea din jurul nostru nu poate fi supraestimat. Manifestările sale există în natură, în tehnologie și în viața de zi cu zi. În fiecare dimineață, în timp ce bem o cană de ceai, habar nu avem că observăm fenomenul de difuzie.La urma urmei, datorită acestui fenomen respirăm, mirosim mirosuri plăcute, mâncăm alimente delicioase,emanând arome minunate. Din păcate, procesele de difuzie pot avea nu numai efecte pozitive, ci și negative asupra vieții plantelor, animalelor și oamenilor.
Am devenit interesat de acest fenomen pentru că este unul dintre procesele importante în susținerea vieții oamenilor și a vieții sălbatice de pe Pământ.

Problema de cercetare: De ce este surprinzător fenomenul difuziei?

Relevanța acestui studiueste că difuzia este unul dintre cele mai semnificative fenomene din fizică, care are atât de multe pe care le întâlnim în fiecare zi și le folosim în beneficiul nostru.Difuzia joacă un rol semnificativ în natură și viața umană.Studierea influenței difuziei asupra activității de viață a plantelor, animalelor și oamenilor va extinde gama de cunoștințe despre natura vie,demonstrează legătura strânsă dintre fizică, biologie, ecologie și medicină.Cercetarea prin difuzie ne ajută să înțelegem mai bine fenomenele pe care le întâlnim în fiecare zi.

Obiect de studiu- fenomenul de difuzie.

Subiect de studiu- fenomenul difuziei, dependența cursului difuziei de diverși factori, manifestarea difuziei în natură, tehnologie și viața de zi cu zi.Influența fenomenului de difuzie asupra proceselor care apar în natură și asociate vieții umane.

Ipoteza cercetării: moleculele se deplasează.

Obiective:

Extindeți cunoștințele despre difuzie
Aflați: de ce depinde difuzia?
Luați în considerare rolul difuzării în natură și în activitatea umană, demonstrați semnificația generală a acestui fenomen.
Confirmați faptele teoretice prin experimente
Luați în considerare exemple de difuzie în experimente acasă
Rezumați cunoștințele dobândite și trageți concluzii.

Sarcini:

Material de studiu în literatură, rețele de internet despre rolul difuzării în natură și viața umană.
Analizați informațiile primite despre fenomenul difuziei și, de asemenea, determinați gradul de semnificație a acestui fenomen pentru plante, animale și oameni.
Aflați unde apar fenomene de difuzie în natura vie și neînsuflețită, ce semnificație au acestea și unde sunt folosite de oameni.
Efectuați, descrieți și proiectați câteva experimente care caracterizează modelele de difuzie.

Metode de lucru de bază:

Căutare;
Metoda de analiză generalizată (compararea cunoştinţelor existente cu datele obţinute);
Experimental - practic.

Metode de cercetare:

Studiul, analiza și sinteza literaturiiși alte surse de informații;
Observare;
Analiza informatiilor si a rezultatelor;
Comparaţie;
Realizarea de experimente;
Ancheta sociologică.

Capitolul I. Prevederi teoretice despre fenomenul difuziei.

1.1 Mecanismul procesului de difuzie

Difuzie (lat. diffusio - distribuție, răspândire, dispersie, interacțiune) - procesul de pătrundere reciprocă a moleculelor unei substanțe între moleculele alteia, din cauza mișcării haotice și a ciocnirii între ele, ducând la egalizarea spontană a concentrațiilor acestora pe tot teritoriul ocupat. volum.

Fenomenul de difuzie poate fi explicat doar dacă presupunem că:

Toate substanțele constau din particule (molecule, atomi, ioni);

Există goluri între particule;

Particulele de materie sunt într-o mișcare constantă, haotică.

Difuzia este explicată după cum urmează. În primul rând, interfața dintre cele două medii este clar vizibilă între cele două corpuri. Apoi, datorită mișcării lor, particulele individuale de substanțe situate în apropierea locurilor de schimb de frontieră. Granița dintre substanțe se estompează.

După ce au pătruns între particulele unei alte substanțe, particulele primei încep să facă schimb de locuri cu particulele celei de-a doua, situate în straturi din ce în ce mai adânci. Interfața dintre substanțe devine și mai neclară. Datorită mișcării continue și aleatorii a particulelor, acest proces duce în cele din urmă la faptul că soluția din vas devine omogenă.

Acest fenomen are loc în gaze, lichide și solide.

1.2 Difuzia în lichide

Dacă aruncăm mai multe cristale de permanganat de potasiu în apă, vom observa că apa va deveni roz în câteva ore.

Concluzie: prin urmare, viteza de difuzie în lichide este mult mai mică decât în gaze.

Explicație: particulele dintr-un lichid sunt „ambalate” astfel încât distanța dintre particulele învecinate este mai mică decât dimensiunile lor. Particulele în sine se pot mișca pe întregul volum al vasului ocupat de lichid. Amestecarea lichidelor are loc lent (Anexa 1).

1.3 Difuzia în gaze

De ce este posibil ca mirosurile să se răspândească în spațiu? (De exemplu, mirosul de parfum)

Răspândirea mirosurilor este posibilă datorită mișcării moleculelor de substanțe. Această mișcare este continuă și dezordonată. Ciocnind cu moleculele de gaze care alcătuiesc aerul, moleculele de parfum își schimbă de multe ori direcția mișcării și, mișcându-se aleator, se împrăștie în toată încăperea.

Motivul difuziei este mișcarea aleatorie a moleculelor.

Explicație: Particulele de gaz sunt departe unele de altele. Există decalaje mari între ele. Particulele unei alte substanțe se deplasează cu ușurință prin aceste goluri. Prin urmare, difuzia în gaze are loc rapid.

În același mod, poluarea aerului are loc cu produse industriale nocive și cu gazele de eșapament ale vehiculelor. Gazul natural inflamabil pe care îl folosim acasă este incolor și inodor. Dacă există o scurgere, este imposibil de observat, așa că la stațiile de distribuție gazul este amestecat cu o substanță specială care are un miros ascuțit, neplăcut, ușor de perceput de oameni.

Datorită fenomenului de difuzie, stratul inferior al atmosferei - troposfera - este format dintr-un amestec de gaze: azot, oxigen, dioxid de carbon și vapori de apă. În absența difuziei, separarea s-ar produce sub influența gravitației: dedesubt ar fi un strat de dioxid de carbon greu, deasupra ar fi oxigenul, deasupra ar fi azotul și gazele inerte.

De asemenea, observăm acest fenomen pe cer. Norii dispersați sunt, de asemenea, un exemplu de difuzie și, așa cum a spus cu exactitate F. Tyutchev despre asta: „Norii se topesc pe cer...”

1.4 Difuzia în solide.

Solidele pot avea structuri diferite și constau din molecule, atomi sauionii . În orice caz, indiferent din ce microparticule constă corpul, interacțiunea acestor particule între ele este foarte puternică. În ciuda faptului că ele, aceste particule, încă se mișcă, aceste mișcări sunt foarte nesemnificative.

Spațiile dintre particule sunt mici, ceea ce face dificilă pătrunderea altor substanțe între ele. Procesul de difuzie în solide este foarte lent și invizibil cu ochiul liber (Anexa 2)

1.5 Ce determină viteza de difuzie?

Viteza de difuzie depinde de temperatură. Pe măsură ce temperatura crește, procesul de penetrare reciprocă a substanțelor se accelerează. Acest lucru se datorează faptului că atunci când este încălzit, viteza totală de mișcare a moleculelor crește. Într-un corp cu o temperatură mai mare, moleculele se mișcă mai repede, ceea ce înseamnă că difuzia are loc mai repede. Viteza de difuzie depinde de starea de agregare a corpurilor de contact - solide, lichide sau gazoase.

1.6 Efecte nocive ale difuziei.

Difuzia, pe lângă beneficiile sale, dăunează și oamenilor. Coșurile de fum ale întreprinderilor emit dioxid de carbon, oxizi de azot și sulf în atmosferă. Excesul de dioxid de carbon din atmosferă este periculos pentru lumea vie a Pământului, perturbă ciclul carbonului în natură și duce la formarea ploii acide. Procesul de difuzie joacă un rol important în poluarea râurilor, mărilor și oceanelor. Deversarea anuală de ape uzate industriale și menajere în lume este de aproximativ 10 trilioane de tone.

Pentru a reduce emisiile de gaze nocive din conductele industriale și conductele centralelor termice, sunt instalate filtre speciale. Pentru a preveni poluarea corpurilor de apă, este necesar să ne asigurăm că gunoiul, deșeurile alimentare, gunoiul de grajd și diverse tipuri de substanțe chimice nu sunt aruncate în apropierea țărmurilor.

Fumătorii „fumă”, adică emit în atmosferă 720 de tone de acid cianhidric, 384.000 de tone de amoniac, 108.000 de tone de nicotină, 600.000 de tone de gudron și mai mult de 550.000 de tone de monoxid de carbon pe Pământ, dar masa totală de țigară an este de 2.520.000 de tone de fum de tutun, care învăluie Pământul, blochează razele ultraviolete filtru de țigări (Anexa 3).

Temperatura fumului de tutun este cu 35-40 de grade mai mare decât temperatura aerului care intră în gură la fumat, ceea ce provoacă o diferență de temperatură destul de accentuată în gură. Când fumați o țigară, apar 15-20 de astfel de modificări, ceea ce are un efect negativ asupra stării smalțului dinților: se crăpă. Acesta este motivul pentru care dinții fumătorilor se cariează mai devreme decât dinții nefumătorilor. Fracția gazoasă a fumului de tutun conține gudron gazos, care la răcire se transformă în stare lichidă, adică. se condenseaza. În același timp, se instalează pe degete, dinți, pereții căilor respiratorii, plămâni și intră în stomac. Când fumează un pachet de țigări, un fumător produce aproximativ 1 gram de gudron lichid.

1.7 Osmoza

Când vrem să ne potolim setea, bem apă. Dar cum ajunge apa băută în celulele corpului nostru? Și asta se întâmplă datorită osmozei.

Dacă două soluții cu concentrații diferite sunt aduse în contact, atunci aceste soluții se vor amesteca ca urmare a difuziei. Dar dacă două astfel de soluții sunt separate de o partiție impenetrabilă, atunci nimic nu va funcționa deloc.

Dar dacă două astfel de soluții sunt separate printr-o partiție care permite trecerea moleculelor de solvent, dar reține moleculele de dizolvat, atunci moleculele de solvent se vor muta într-o soluție mai concentrată, diluând-o din ce în ce mai mult. Apare osmoză - mișcarea dirijată a moleculelor de solvent printr-o partiție semipermeabilă care separă două soluții de concentrații diferite. Difuzia solventului continuă până când echilibrul este stabilit în sistem ca urmare a egalizării concentrațiilor pe ambele părți ale partiției sau ca urmare a apariției presiunii osmotice.

Osmoza din greaca inseamna impingere, presiune. Osmoza a fost observată pentru prima dată de chimistul francez Nollet în 1748.

Membranele tuturor celulelor vii, fără excepție, au o capacitate remarcabilă de a trece moleculele de apă și de a reține molecule de substanțe dizolvate în ea - datorită acestui lucru celula poate potoli setea.

Am încercat să fac un experiment interesant. Am luat o lămâie și am tăiat câteva felii subțiri. Practic nu s-a produs suc. Am stropit feliile de lămâie cu zahăr - și după un timp a curățat zeamă din ele. Aici osmoza a început să-și facă efectul: sucul curgea din lămâie, parcă ar fi încercat să dilueze cât mai mult soluția concentrată de zahăr care se formase la suprafața ei.

Și dacă măcinați varza mărunțită cu sare, volumul acesteia va scădea brusc, iar varza în sine va deveni umedă. Aceasta este și osmoză, doar că în acest caz există sare în afara celulei.

Osmoza își găsește aplicație practică în procesul de purificare a apei.

1.8 Difuzia în viața umană

Studiind fenomenul difuziei, am ajuns la concluzia că datorită acestui fenomen trăiește o persoană. La urma urmei, după cum știți, aerul pe care îl respirăm este format dintr-un amestec de gaze: azot, oxigen, dioxid de carbon și vapori de apă. Este situat în troposferă - în stratul inferior al atmosferei. Dacă nu ar exista procese de difuzie, atunci atmosfera noastră s-ar stratifica pur și simplu sub influența gravitației, care acționează asupra tuturor corpurilor situate pe suprafața Pământului sau în apropierea acestuia, inclusiv asupra moleculelor de aer. Dedesubt ar fi un strat mai greu de dioxid de carbon, deasupra ar fi oxigenul, deasupra ar fi azotul și gazele inerte. Dar pentru viața normală avem nevoie de oxigen, nu de dioxid de carbon.

Difuzia are loc și în corpul uman însuși. Respirația și digestia umană se bazează pe difuzie. Dacă vorbim despre respirație, atunci în orice moment în vasele de sânge care împletesc alveolele (celule sub formă de bule situate în plămâni), există aproximativ 70 ml de sânge, din care dioxidul de carbon difuzează în alveole și oxigen. în sens invers. După cum se poate observa din exemplele date, procesele de difuzie joacă un rol foarte important în viața oamenilor.

1.9 Este interesant!

Lupul cenușiu nord-american are un simț al mirosului de 1000 de ori mai acut decât cel al oamenilor. El poate mirosi o vacă de elan și vițelul ei la mai mult de 2,5 km distanță. Nasul unui lup are de aproximativ 50 de ori mai mulți receptori olfactivi decât al unui om. Membrana mucoasă este pliată, astfel încât o suprafață mare este concentrată într-un spațiu mic. Dacă îndreptați membrana mucoasă, aceasta va avea dimensiunea unei cărți poștale mari. Nasul este conceput astfel încât aerul inhalat, plin de mirosuri, să intre în contact cu o suprafață mare a membranei mucoase. Un animal sănătos are nasul umed în interior, ceea ce îi permite să capteze mai bine particulele mirositoare ale unei substanțe. Când un lup trece în aval de vânt față de o pradă invizibilă, simte mirosul purtat în aer și începe să se îndrepte spre sursa ei. Când se apropie, prădătorul se bazează pe viziunea sa, viteza de acțiune și, în mod natural, puterea. Kiwi-ul din Noua Zeelandă de mărimea unui pui este o pasăre foarte interesantă. Nu poate zbura, iar penele lui sunt mai mult ca lâna. Găsește hrana după miros, ca mamiferele insectivore, și poate mirosi un vierme sub pământ la o adâncime de 3 cm Noaptea, kiwi scotocește prin podeaua pădurii și în pământ cu ciocul său lung și subțire.

Nările de la capătul ciocului duc la receptorii olfactivi de la baza acestuia, iar nervii de la receptori conduc la lobii olfactivi ai creierului, care sunt mai mari la kiwi decât la toate celelalte păsări. Acest sistem îi permite să simtă de la distanță mirosul de viermi, melci și larve de gândaci. După ce a prins prada cu vârful ciocului, pasărea își smuciază capul de mai multe ori pentru a o trimite în gât.

Datorită difuziei gazelor, are loc schimbul de gaze, procesul de respirație necesar vieții, care duce la eliberarea de energie chimică din cauza oxidării substanțelor organice. La plantele mici, difuzia are loc pe toată suprafața, la plantele cu flori mari - prin stomatele de pe frunze și tulpini verzi (în forme erbacee), precum și prin linte și crăpături în scoarța tulpinilor lemnoase. În interiorul plantelor, oxigenul se răspândește prin transport difuz în spațiile intercelulare purtătoare de aer, ajungând la celule și dizolvându-se în umiditatea care acoperă pereții celulari. De aici se difuzează în celule. Dioxidul de carbon se deplasează prin plantă în același mod, dar în direcția opusă. În celulele care conțin clorofilă, atât respirația, cât și fotosinteza au loc simultan: oxigenul eliberat de cloroplaste poate fi consumat imediat de mitocondriile aceleiași celule, iar produsul metabolismului respirator al mitocondriilor - dioxidul de carbon - poate fi folosit pentru fotosinteza de către cloroplaste. Cel mai obișnuit mod în care insectele comunică este prin substanțele chimice olfactive. Există arome atractive (atractanți), și sunt respingătoare (repelente), percepute de orificiile olfactive (porii) de pe antene. Atractanții includ feromoni și hormoni. „Regina este aici”, spune un feromon din cuibul unei albine. „Din acest mascul de rezervă, creșteți un crescător și din acesta, un soldat”, sună ordinul prin feromonul din cuibul de termite. Ce zici de repellente? „Suntem mulți dintre noi, nu există hrană suficientă pentru toată lumea, așteptați până vor crește”, vine semnalul mirositor de la prima trapă de țânțari. Și următoarea generație de larve de țânțari așteaptă cu umilință ordinul de a se transforma în țânțari.

Este imposibil să-ți imaginezi viața și viața de zi cu zi fără arome aromate. Pentru a obține doar 1 kg de ulei de trandafir, este necesar să procesați mai mult de o tone și jumătate de petale de trandafir. Tămâia, o rășină aromatică de uz bisericesc, se obține din seva arborelui de tămâie și a arborelui sacru Boswellia, ambele crescând în Africa de Est. Smirna, o rășină pentru tămâie aromatică, este obținută din rășina arborilor din genul Commiphora, care cresc în Etiopia și Arabia de Sud.

În 1638, ambasadorul Vasily Starkov a adus 4 kilograme de frunze uscate în dar țarului Mihail Fedorovich de la mongol Altyn Khan. Moscoviților le-a plăcut foarte mult această plantă și încă o folosesc cu plăcere. Cum se numește și pe ce fenomen se bazează utilizarea sa? (Răspuns: Acesta este ceaiul. Fenomenul este difuzia.)

În ultimele decenii, oamenii și-au schimbat fundamental viziunea asupra pădurilor Pământului. Și au realizat că pădurea nu este doar viitorul lemn de foc, scânduri, bușteni, ci una dintre verigile principale din lanțul natural. Pădurile sunt plămânii planetei, ajutând toate ființele vii să respire. Un hectar de pădure pe an purifică 18 milioane m3 de aer de dioxid de carbon, absoarbe 64 de tone de alte gaze și praf, furnizând în schimb milioane de metri cubi de oxigen.

Capitolul II. Observatii practice ale difuziei.

Experimentul nr. 1: Simularea pătrunderii moleculelor unei substanțe între moleculele alteia (Amestecarea unor volume cunoscute de cereale cu boabe de diferite dimensiuni este un model bun al pătrunderii moleculelor unei substanțe între moleculele alteia, demonstrat de obicei prin amestecarea apei și a alcoolului etilic).

Am luat două pahare de sticlă cu o capacitate de 200 ml și un pahar cu o capacitate de 500 ml. Am măsurat un pahar de orez și un pahar de mei. Apoi, am turnat totul într-un pahar mare și am amestecat. Folosind o bandă de cauciuc colorată, am înregistrat nivelul total de cereale. Apoi, am turnat apă în aceleași pahare până la vârf și am turnat-o în același pahar cu cel în care am amestecat cerealele. Am comparat nivelul apei cu nivelul total al cerealelor.

Rezultat: volumul total de cereale (volum total de apă) este mai mare decât volumul ocupat de cereale amestecate: o măsură plus o măsură este mai mică de două măsuri. Modelul propus este doar o aproximare aproximativă, care arată că există goluri între moleculele unui lichid chiar și atunci când lichidul este incompresibil. Strict vorbind, este necesar să se țină cont de interacțiunea moleculelor, și nu doar de interacțiunea lor cu Pământul.

Experimentul nr. 2: Modelarea pătrunderii moleculelor unei substanțe între moleculele alteia (Amestecarea volumelor cunoscute de apă și nisip este, de asemenea, un model bun de penetrare a moleculelor unei substanțe între moleculele alteia (de obicei, acest lucru este demonstrat atunci când amestecarea apei cu alcoolul etilic).

Am luat două vase: unul era complet umplut cu apă, iar celălalt cu același volum de nisip. Apoi am turnat apa într-un vas cu nisip. Am comparat volumul de nisip rezultat cu volumul de apă de două ori.

Rezultat: Volumul unui amestec de apă și nisip dintr-o eprubetă este mai mic decât suma volumelor de apă și nisip

Concluzie: Experimentele 1 și 2 demonstrează că există goluri între particulele de materie; În timpul difuziei, ele sunt umplute cu particule de materie.

Experiența nr. 3: Experiență cu permanganat de potasiu.

Am aruncat puțin permanganat de potasiu în pahar și am adăugat cu grijă apă curată deasupra. La început, o graniță ascuțită va fi vizibilă între apă și permanganatul de potasiu, care după câteva ore nu va mai fi atât de ascuțită. Limita care separă un lichid de altul va dispărea. În vas se formează un lichid violet omogen.

Rezultat: Moleculele de permanganat de potasiu au ajuns în stratul inferior de apă, iar moleculele de apă s-au mutat în stratul superior de permanganat de potasiu.

Concluzie: Experimentul 3 demonstrează că toate corpurile constau din molecule care sunt în mișcare continuă.

Experimentul nr. 4: Difuzia în gaze.

Am turnat puțin amoniac în fundul vasului de sticlă și l-am acoperit cu un tampon de vată înmuiat în fenolftaleină. Apoi am calculat viteza de propagare a moleculelor de amoniac: v=s/t=0,175m/5,2 s=0,033m/s

Unde s este distanța de la nivelul de amoniac la discul umezit cu fenolftaleină,

t- timpul de la începutul experimentului până la colorarea discului

Rezultat: Un tampon de vată cu fenolftaleină este colorat cu molecule de amoniac. Se știe că masa moleculei de amoniac este de 17 amu, masa unei molecule de aer este de 29 amu, prin urmare, amestecarea moleculelor are loc nu sub influența gravitației, ci datorită mișcării termice.

Experimentul nr. 5: Difuzia în solide

Am presărat pudră de permanganat de potasiu pe bucăți de gheață, am pus totul într-o pungă și am lăsat-o la congelator.

Rezultat: După 12 zile, se poate observa că a avut loc colorarea parțială a bucăților de gheață.

Concluzie: Experimentele 4-5 arată că viteza de difuzie depinde de starea de agregare a substanței. În gaze, difuzia are loc cu cea mai mare viteză, iar în solide, cu cea mai lentă.

Experimentul 6: Difuzarea în apă rece și fierbinte

Am luat două vase, unul cu apă caldă și celălalt cu apă rece. Apoi am adăugat vopsea albastră în ambele recipiente.

Rezultat: In spate acelasi timpÎn apa fierbinte, colorarea uniformă a avut loc mai repede decât în apa rece.

Concluzie: Experimentul 6 arată că difuzia are loc mai rapid în vasul unde temperatura apei este mai mare.

1.1 Ancheta sociologică.

Scopul sondajului: pentru a atrage atenția oamenilor asupra problemei de mediu și, de asemenea, pentru a afla cum sunt informați despre această problemă și ce fac ei la nivel de zi cu zi.

1. Vă amintiți ce este difuzia?

4. Informațiile de mediu sunt importante pentru dvs. personal?

Opțiuni de răspuns: da; nu, e greu de raspuns

Analiza rezultatelor obtinute

Sondajul a fost realizat anonim. La sondaj au participat 40 de persoane - elevi din clasele a 9-a și a 11-a și adulți a 15-a.

Rezultatele unui sondaj sociologic au arătat că adulții iau mai în serios problemele de mediu.

Rezultatele sondajului:

	Da, %	Nu, %	Da, %	Nu, %
1. Îți amintești ce este difuzia?			100%
2. Știți ce rol joacă difuziunea în viața animalelor și a plantelor?
3. Difuzia afectează ecologia?			100%
4. Informațiile de mediu sunt importante pentru dvs. personal?
5. Sunteți gata să participați la îmbunătățirea mediului pe propria răspundere?				37,5%
6. Vrei să schimbi mediul în bine?			100%
7. Doriți să obțineți cunoștințe suplimentare despre ecologie?

Concluzie: În urma unui sondaj sociologic, am ajuns la concluzia că adulții iau mai în serios problemele de mediu. Aceasta înseamnă că părinții ar trebui să-și învețe copiii să protejeze mediul de la o vârstă fragedă, deoarece problemele de mediu sunt în prezent rezolvate la nivel global. Protejează mediul!

Concluzie

În timpul muncii mele, am efectuat experimente pentru a observa difuzia și am constatat că difuzia are loc în toate mediile; Viteza de difuzie depinde de tipul de substanță și de temperatură. Fenomenul de difuzie este una dintre principalele conditii generale ale vietii plantelor, animalelor si oamenilor. Cum ar fi lumea fără difuzie? Opriți mișcarea termică a particulelor - și totul în jur va deveni mort! Fără acest fenomen, viața pe Pământ va fi imposibilă. Dar, din păcate, oamenii, ca urmare a activităților lor, au adesea un impact negativ asupra proceselor naturale din natură. Natura folosește pe scară largă capacitățile inerente procesului de penetrare prin difuzie și joacă un rol vital în absorbția nutriției și oxigenarea sângelui. În flacăra Soarelui, în viața și moartea stelelor îndepărtate, în aerul pe care îl respirăm, peste tot vedem manifestarea unei difuzii atotputernice și universale. Și devine înfricoșător că va veni un moment de regret în punctul de neîntoarcere la frumusețea care încă ne înconjoară.

O persoană nu trebuie să facă nimic special pentru a îmbunătăți apariția fenomenului de difuzie în natura vie. Trebuie doar să eliminați impactul negativ asupra animale sălbatice prin activitățile lor, să atragă mai des atenția publicului asupra problemelor de mediu, iar atunci fiecare va putea trăi în deplină armonie cu natura, cu ei înșiși.

Datorită pregătirii pentru această lucrare, am consolidat și dobândit noi cunoștințe despre mișcarea moleculelor, folosind literatura științifică, am încercat să repet experimentele de difuzie care mi-au fost cele mai interesante. Consider că rezultatele, concluziile și descrierile experimentelor pe care le-am propus în această lucrare sunt relevante atunci când studiez subiectul „Structura materiei” și pot fi folosite ca material suplimentar pe tema „Difuzie”.

Literatură

Alekseev S.V., Gruzdeva M.V., Muravyov A.G., Gushchina E.V. Atelier de ecologie. M. JSC MDS, 1996
Ryzhenkov A.P. Fizică. Uman. Mediu inconjurator. M. Educaţie, 1996
Shablovsky V. Fizica distractivă. Sankt Petersburg, „trigon” 1997, p.416

4. Ya.I.Perelman „Fizica distractivă”

5. I.G Kirillova „Carte de citit despre fizică pentru clasele 7-8”

6. A.P. Ryzhenkov „Fizica. Uman. Mediu inconjurator"

7. M.M.Balashov „Fizica”

8. Enciclopedie pentru copii AVANTA. Fizică

9. Cartea mare de experimente pentru școlari „Rosman”

10. I.M. Nizamov „Probleme de fizică cu conținut tehnic”

11. V.I Lukashik, E.V Ivanova „Colecție de probleme în fizică”

Scopul lecției:

să formeze la elevi o idee despre fenomenul difuziei;
arată semnificația fenomenului de difuziune în natură, tehnologie și viața de zi cu zi.
ajuta la înțelegerea amplorii efectelor nocive ale fumatului asupra sănătății umane și mediului, cu ajutorul fenomenelor și modelelor fizice;
convinge elevii de necesitate imagine sănătoasă viaţă;

Sarcini:

Educational: Formă:

ideea de difuzie ca fenomen de amestecare a substanțelor datorită mișcării moleculelor.
ideea că difuzia se observă în stare solidă, lichidă și gazoasă a materiei;
o idee despre importanța difuzării în natură și în viața de zi cu zi.

Educational:

învață să-ți exprimi logic și corect gândurile folosind limbajul fizic și matematic;
dezvoltarea abilităților de observare;
dezvoltarea capacității de a analiza cursul unui experiment, de a face comparații pe baza acestuia, de a evidenția principalul lucru și de a formula concluzii logice;
dezvolta capacitatea de a lucra intr-un ritm ridicat.

Educational:

să dezvolte capacitatea de a folosi cunoștințele teoretice pentru a înțelege esența fenomenelor care apar în natură și în viața de zi cu zi.
cresterea nivelului de educatie ambientala si estetica a elevilor.

Echipament pentru lecție: Vase Petri, permanganat de potasiu, pensete, pahare de plastic, cafea, apa rece si calda.

Calculator.

În timpul orelor

1. Moment organizatoric.

Pregătirea clasei pentru lecție.

2. Formularea scopului lecției.

Astăzi vom afla despre un fenomen foarte interesant și important din viața noastră legat de structura moleculară a materiei. Fenomenul cu care ne vom familiariza joacă un rol foarte important în natura vie și neînsuflețită, în viața de zi cu zi, vom afla dacă sănătatea noastră este legată de conceptul de difuzie și cum? Întâmpinăm acest fenomen la fiecare pas, în fiecare zi, fără să ne gândim la el. Acest fenomen se numește „difuzie”.

Deschide-ți caietele și notează subiectul și data lecției.

3. Actualizarea cunoștințelor de bază.

Să ne amintim ce ați învățat deja despre structura substanțelor în lecțiile anterioare.

Se efectuează un sondaj frontal:

Când au apărut primele presupuneri despre structura materiei?

Ce experimente confirmă faptul că substanțele constau din particule individuale?

Cum se modifică volumul unui corp când se modifică distanța dintre particule?

Ce este o moleculă?

Ce știi despre dimensiunile moleculare?

Din ce particule sunt formate moleculele?

Sunt moleculele aceleiași substanțe la fel? Substanțe diferite?

4. Material nou

1) Conceptul de difuzie.

Profesor: (citește un fragment din opera lui Vladimir Soloukhin) „A treia vânătoare”.

Despre usturoi.

De multe ori am văzut în cărți o mențiune despre ciuperca cu usturoi, sau, mai simplu, despre ciuperca cu usturoi. Se spunea că această ciupercă are miros de usturoi și că din ea se pot prepara diverse condimente și sosuri pentru preparate din carne.

...Am smuls mecanic o ciupercă, am frecat-o mecanic între degete și, deodată, mirosul puternic distinct de usturoi proaspăt s-a răspândit ca un nor între molizii umezi, parfumat de rășină și ace de pin. A fost atât de neașteptat... Mirosul din coș era ca și cum nu ar fi fost ciuperci, ci usturoi zdrobit...

...În ziua aceea am venit acasă cu o pradă extraordinară. Era înfricoșător să pui ciuperci într-o tigaie. Dar, contrar așteptărilor, s-a dovedit a fi un fel de mâncare foarte picant și parfumat.

După citirea pasajului, se pune întrebarea: De ce crezi că toată mâncarea va mirosi a usturoi?

Pe baza ipotezelor și răspunsurilor elevilor, profesorul face o precizare: Moleculele de substanțe se mișcă și pătrund între ele.

Definiția difuziei este dată:

Fenomenul în care are loc pătrunderea reciprocă a moleculelor unei substanțe între moleculele alteia se numește difuzie.

2) cauzele și modelele de difuzie.

Să ne uităm la difuzia în gaze. Să facem un experiment. Pulverizăm deodorant în clasă.

Băieți, ați mirosit deodorantul?

De ce este posibil ca mirosurile să se răspândească în spațiu?

Răspândirea mirosurilor este posibilă datorită mișcării moleculelor de substanțe. Această mișcare este continuă și dezordonată. Ciocnind cu moleculele de gaze care alcătuiesc aerul, moleculele deodorantului își schimbă de multe ori direcția de mișcare și, mișcându-se aleatoriu, se împrăștie prin încăpere.

Vă rugăm să trageți o concluzie despre cauza difuzării.

Motivul difuziei: moleculele unei substanțe sunt în mișcare continuă și aleatorie.

Să scriem această afirmație în caietul nostru.

Am observat procesul de difuzie în gaze. Este posibilă difuzia în lichide?

Pe mesele voastre sunt vase Petri cu apă. Puneți câteva cristale de permanganat de potasiu în apă. Nu uita de Măsuri de siguranță: Evitați contactul pielii și mucoaselor cu cristalele de permanganat de potasiu.

Ce observi?

Cristalele de permanganat de potasiu se dizolvă rapid? De ce?

Ce face ca cristalele de permanganat de potasiu să se dizolve în apă?

Este posibil procesul de difuzie în solide?

Vă voi da un exemplu. Dacă plăcile lustruite de plumb și aur sunt așezate una peste alta și comprimate cu o greutate, atunci la temperatura camerei obișnuite (aproximativ 20 ° C) în 5 ani, aurul și plumbul se vor pătrunde reciproc la o distanță de numai aproximativ. 1 mm.

Ce concluzie se poate trage din exemplul dat?

Difuzia în solide are loc extrem de lent.

De ce crezi?

Să vedem cum are loc difuzia în solidele din natură.

Ce concluzie se poate trage din rezultatele luării în considerare a difuziei în gaze, lichide și solide?

Moleculele de substanțe în orice stare de agregare se mișcă continuu, adică. Difuzia are loc în gaze, lichide și solide.

Ce se poate spune despre viteza de difuzie în diferite stări ale materiei?

Moleculele de gaz sunt libere, deoarece distanța dintre molecule este mult mai mare decât dimensiunea moleculelor și se mișcă la viteze mari. Moleculele lichidelor sunt dispuse la fel de aleatoriu ca și în gaze, dar sunt mult mai apropiate unele de altele și, prin urmare, interacționează între ele mai puternic decât în gaze. Fiecare moleculă, înconjurată de molecule învecinate, pare să marcheze timpul într-un singur loc și să se miște încet în interiorul lichidului. Moleculele de solide sunt dispuse într-o ordine strictă, formând o rețea spațială, care asigură păstrarea formei și volumului solidului. Particulele unui corp solid oscilează în jurul unei poziții de echilibru, care rămâne neschimbată foarte mult timp. Difuzia are loc cel mai rapid în gaze, mai lentă în lichide și mai lentă în solide.

Astfel, ne-am familiarizat cu una dintre legile difuziei:

1. Difuzia are loc în substanțe în diferite stări de agregare, dar cu viteze diferite. Difuzia are loc cel mai rapid în gaze, mai lentă în lichide și mai lentă în solide.

Scrieți această afirmație în caiet.

Hai să facem un alt experiment:

Turnați aceeași cantitate de apă în două pahare identice, dar la temperaturi diferite. . Tine minte despre măsurile de siguranță.

Aruncă câteva boabe în pahare cafea instant. Priviți ce se întâmplă.

Există aici un fenomen de difuzie? De ce?

Ce poți spune despre viteza de difuzie într-un pahar cu apă rece și un pahar cu apă caldă?

Viteza de difuzie crește odată cu creșterea temperaturii, pe măsură ce moleculele corpurilor care interacționează încep să se miște mai repede.

Procesul de difuzie se desfășoară mai rapid cu creșterea temperaturii corpului.

Scrieți această afirmație în caiet.

3. Aplicarea difuziei.

Mesaje elevilor:

1. Rolul difuziei în digestia și respirația umană .(Krivonosova A)

Prezentări:

1." Rolul difuziei în digestia și respirația umană”

Procesul de absorbție a nutrienților în intestin este posibil datorită difuziei.

Cum respiră o persoană? La om, întreaga suprafață a corpului participă la respirație - de la cea mai groasă epidermă a călcâielor până la scalpul păros. Pielea de pe piept, spate și stomac respiră deosebit de intens. Interesant este că aceste zone ale pielii sunt semnificativ mai intense decât plămânii în ceea ce privește intensitatea respirației. Cu o suprafață respiratorie de aceeași dimensiune, oxigenul poate fi absorbit aici cu 28%, iar dioxidul de carbon poate fi eliberat chiar și cu 54% mai mult decât în plămâni. Cu toate acestea, în întregul proces respirator, participarea pielii este neglijabilă în comparație cu plămânii, deoarece suprafața totală a plămânilor, dacă extindeți toate cele 700 de milioane de alveole, bule microscopice prin pereții cărora are loc schimbul de gaze între aer și sânge, este de aproximativ 90-100 de metri pătrați, iar suprafața totală a pielii umane este de aproximativ 2 metri pătrați, adică de 45-50 de ori mai puțin.

Datorită difuziei, oxigenul din plămâni pătrunde în sângele uman, iar din sânge în țesuturi.

2. Aplicarea difuziei în medicină. Dispozitiv pentru rinichi artificiali

În urmă cu mai bine de 30 de ani, medicul german William Kolf folosea un dispozitiv „rinichi artificial”. De atunci a fost folosit: pentru îngrijirea cronică de urgență pentru intoxicație acută; să pregătească pacienții cu insuficiență renală cronică pentru transplant de rinichi; pentru susținerea vieții pe termen lung (10-15 ani) pentru pacienții cu boală cronică de rinichi.

Utilizarea unui dispozitiv „rinichi artificial” devine din ce în ce mai mult o procedură terapeutică, dispozitivul este utilizat atât în clinică, cât și acasă. Cu ajutorul aparatului, primitorul a fost pregătit pentru primul transplant renal de succes din lume, efectuat în 1965 de academicianul B.V. Petrovsky.

Aparatul este un hemodializator în care sângele intră în contact cu o soluție salină printr-o membrană semi-permeabilă. Datorită diferenței de presiune osmotică, ionii și moleculele produselor metabolice (uree, acid uric), precum și diferite substanțe toxice care trebuie îndepărtate din organism, trec prin membrana din sânge în soluția salină. Dispozitivul este un sistem de canale plate separate de membrane subțiri de celofan, prin care sângele și dializatul - o soluție salină îmbogățită cu un amestec gazos de CO2 + O2 - se deplasează încet în contra-fluxuri. Dispozitivul este conectat la sistemul circulator al pacientului. Acest lucru realizează purificarea sângelui din deșeurile azotate în caz de funcționare insuficientă a rinichilor, de exemplu. reglementarea se realizează compoziție chimică sânge.

3. Manifestarea nocivă a difuziei (Redkozubov A)

Prezentare „Manifestări nocive ale difuziei”

Coșurile de fum ale întreprinderilor emit dioxid de carbon, oxizi de azot și sulf în atmosferă. Excesul de dioxid de carbon din atmosferă este periculos pentru lumea vie a Pământului, perturbă ciclul carbonului în natură și duce la formarea ploii acide. Procesul de difuzie joacă un rol important în poluarea râurilor, mărilor și oceanelor. Deversarea anuală de ape uzate industriale și menajere în lume este de aproximativ 10 trilioane de tone.

Profesor: (concluzie)

Vedem cât de mare este importanța difuziei în natura neînsuflețită, iar existența organismelor vii ar fi imposibilă dacă nu ar fi acest fenomen. Din păcate, avem de a face cu manifestarea negativă a acestui fenomen, dar sunt mult mai mulți factori pozitivi și de aceea vorbim despre importanța enormă a difuziei în natură.

5. Consolidarea

Test Tipărit pe coli pentru fiecare (5 minute)

1. Care dintre următoarele afirmații este adevărată?

A) numai gazele constau din molecule

B) numai lichidele constau din molecule

B) toate corpurile sunt formate din molecule

2. În ce corpuri are loc difuzia mai rapid la aceleași temperaturi?

A) în gaze

B) în lichide

B) în solide

3. Ce demonstrează procesul de difuzie?

A) că moleculele interacționează între ele

B) că moleculele sunt formate din atomi

B) că moleculele se mișcă în mod constant aleatoriu

4. Cum depinde viteza de difuzie de temperatură?

A) nu depinde

B) cu cât temperatura substanței este mai mică, cu atât viteza este mai mică

C) cu cât temperatura substanței este mai mare, cu atât viteza este mai mică

5. Ce fenomen dovedește mișcarea moleculelor de substanțe

A) Mișcarea browniană

B) mișcarea mecanică

C) niciunul dintre răspunsuri nu este corect

6. Tema pentru acasă: paragraful 9, sarcina nr.2.

Pentru curioși – paragraful 1 de la pagina 172.

Scopul lecției:

să formeze la elevi o idee despre fenomenul difuziei;
arată semnificația fenomenului de difuziune în natură, tehnologie și viața de zi cu zi.
ajuta la înțelegerea amplorii efectelor nocive ale fumatului asupra sănătății umane și mediului, cu ajutorul fenomenelor și modelelor fizice;
convinge elevii de necesitatea unui stil de viață sănătos;

Sarcini:

Educational: Formă:

ideea de difuzie ca fenomen de amestecare a substanțelor datorită mișcării moleculelor.
ideea că difuzia se observă în stare solidă, lichidă și gazoasă a materiei;
o idee despre importanța difuzării în natură și în viața de zi cu zi.

Educational:

învață să-ți exprimi logic și corect gândurile folosind limbajul fizic și matematic;
dezvoltarea abilităților de observare;
dezvoltarea capacității de a analiza cursul unui experiment, de a face comparații pe baza acestuia, de a evidenția principalul lucru și de a formula concluzii logice;
dezvolta capacitatea de a lucra intr-un ritm ridicat.

Educational:

să dezvolte capacitatea de a folosi cunoștințele teoretice pentru a înțelege esența fenomenelor care apar în natură și în viața de zi cu zi.
cresterea nivelului de educatie ambientala si estetica a elevilor.

Echipament pentru lecție: Vase Petri, permanganat de potasiu, pensete, pahare de plastic, cafea, apa rece si calda.

Calculator.

În timpul orelor

1. Moment organizatoric.

Pregătirea clasei pentru lecție.

2. Formularea scopului lecției.

Deschide-ți caietele și notează subiectul și data lecției.

3. Actualizarea cunoștințelor de bază.

Să ne amintim ce ați învățat deja despre structura substanțelor în lecțiile anterioare.

Se efectuează un sondaj frontal:

Când au apărut primele presupuneri despre structura materiei?

Ce experimente confirmă faptul că substanțele constau din particule individuale?

Cum se modifică volumul unui corp când se modifică distanța dintre particule?

Ce este o moleculă?

Ce știi despre dimensiunile moleculare?

Din ce particule sunt formate moleculele?

Sunt moleculele aceleiași substanțe la fel? Substanțe diferite?

4. Material nou

1) Conceptul de difuzie.

Profesor: (citește un fragment din opera lui Vladimir Soloukhin) „A treia vânătoare”.

Despre usturoi.

După citirea pasajului, se pune întrebarea: De ce crezi că toată mâncarea va mirosi a usturoi?

Pe baza ipotezelor și răspunsurilor elevilor, profesorul face o precizare: Moleculele de substanțe se mișcă și pătrund între ele.

Definiția difuziei este dată:

Fenomenul în care are loc pătrunderea reciprocă a moleculelor unei substanțe între moleculele alteia se numește difuzie.

2) cauzele și modelele de difuzie.

Să ne uităm la difuzia în gaze. Să facem un experiment. Pulverizăm deodorant în clasă.

Băieți, ați mirosit deodorantul?

De ce este posibil ca mirosurile să se răspândească în spațiu?

Răspândirea mirosurilor este posibilă datorită mișcării moleculelor de substanțe. Această mișcare este continuă și dezordonată. Ciocnind cu moleculele de gaze care alcătuiesc aerul, moleculele deodorantului își schimbă de multe ori direcția de mișcare și, mișcându-se aleatoriu, se împrăștie prin încăpere.

Vă rugăm să trageți o concluzie despre cauza difuzării.

Motivul difuziei: moleculele unei substanțe sunt în mișcare continuă și aleatorie.

Să scriem această afirmație în caietul nostru.

Am observat procesul de difuzie în gaze. Este posibilă difuzia în lichide?

Ce observi?

Cristalele de permanganat de potasiu se dizolvă rapid? De ce?

Ce face ca cristalele de permanganat de potasiu să se dizolve în apă?

Este posibil procesul de difuzie în solide?

Ce concluzie se poate trage din exemplul dat?

Difuzia în solide are loc extrem de lent.

De ce crezi?

Să vedem cum are loc difuzia în solidele din natură.

Ce concluzie se poate trage din rezultatele luării în considerare a difuziei în gaze, lichide și solide?

Moleculele de substanțe în orice stare de agregare se mișcă continuu, adică. Difuzia are loc în gaze, lichide și solide.

Ce se poate spune despre viteza de difuzie în diferite stări ale materiei?

Astfel, ne-am familiarizat cu una dintre legile difuziei:

1. Difuzia are loc în substanțe în diferite stări de agregare, dar cu viteze diferite. Difuzia are loc cel mai rapid în gaze, mai lentă în lichide și mai lentă în solide.

Scrieți această afirmație în caiet.

Hai să facem un alt experiment:

Turnați aceeași cantitate de apă în două pahare identice, dar la temperaturi diferite. . Tine minte despre măsurile de siguranță.

Pune câteva boabe de cafea instant în pahare. Priviți ce se întâmplă.

Există aici un fenomen de difuzie? De ce?

Ce poți spune despre viteza de difuzie într-un pahar cu apă rece și un pahar cu apă caldă?

Viteza de difuzie crește odată cu creșterea temperaturii, pe măsură ce moleculele corpurilor care interacționează încep să se miște mai repede.

Procesul de difuzie se desfășoară mai rapid cu creșterea temperaturii corpului.

Scrieți această afirmație în caiet.

3. Aplicarea difuziei.

Mesaje elevilor:

1. Rolul difuziei în digestia și respirația umană .(Krivonosova A)

Prezentări:

1." Rolul difuziei în digestia și respirația umană”

Procesul de absorbție a nutrienților în intestin este posibil datorită difuziei.

Datorită difuziei, oxigenul din plămâni pătrunde în sângele uman, iar din sânge în țesuturi.

2. Aplicarea difuziei în medicină. Dispozitiv pentru rinichi artificiali

3. Manifestarea nocivă a difuziei (Redkozubov A)

Prezentare „Manifestări nocive ale difuziei”

Profesor: (concluzie)

5. Consolidarea

Test Tipărit pe coli pentru fiecare (5 minute)

1. Care dintre următoarele afirmații este adevărată?

A) numai gazele constau din molecule

B) numai lichidele constau din molecule

B) toate corpurile sunt formate din molecule

2. În ce corpuri are loc difuzia mai rapid la aceleași temperaturi?

A) în gaze

B) în lichide

B) în solide

3. Ce demonstrează procesul de difuzie?

A) că moleculele interacționează între ele

B) că moleculele sunt formate din atomi

B) că moleculele se mișcă în mod constant aleatoriu

4. Cum depinde viteza de difuzie de temperatură?

A) nu depinde

B) cu cât temperatura substanței este mai mică, cu atât viteza este mai mică

C) cu cât temperatura substanței este mai mare, cu atât viteza este mai mică

5. Ce fenomen dovedește mișcarea moleculelor de substanțe

A) Mișcarea browniană

B) mișcarea mecanică

C) niciunul dintre răspunsuri nu este corect

6. Tema pentru acasă: paragraful 9, sarcina nr.2.

Pentru curioși – paragraful 1 de la pagina 172.

Textul lucrării este postat fără imagini și formule.
Versiunea completă a lucrării este disponibilă în fila „Fișiere de lucru” în format PDF

Introducere

Relevanța lucrării. Difuzia este un fenomen fundamental al naturii. Ea stă la baza transformărilor materiei și energiei. Manifestările sale au loc la toate nivelurile de organizare a sistemelor naturale de pe planeta noastră, începând de la nivel particule elementare, atomi și molecule și terminând cu geosfera. Este utilizat pe scară largă în tehnologie și în viața de zi cu zi.

Esența difuziei este mișcarea particulelor dintr-un mediu, care duce la transferul de substanțe și egalizarea concentrațiilor sau stabilirea unei distribuții de echilibru a particulelor de un anumit tip în mediu. Difuzia moleculelor și atomilor se datorează mișcării lor termice.

Difuzia este și un proces fundamental care stă la baza funcționării sistemelor vii la orice nivel de organizare, de la nivelul particulelor elementare (difuzia electronilor) până la nivelul biosferei (circulația substanțelor în biosferă).

Joacă un rol imens în natură, în viața umană și în tehnologie. Procesele de difuzie pot avea atât efecte pozitive, cât și negative asupra vieții oamenilor și animalelor. Exemplu impact pozitiv este de a menține o compoziție uniformă aerul atmosferic aproape de suprafața Pământului. Difuzia joacă un rol important în diverse domenii ale științei și tehnologiei, în procesele care au loc în natura vie și neînsuflețită. Ea influențează cursul reacțiilor chimice.

Cu participarea difuzării sau atunci când acest proces este perturbat și modificat, pot apărea fenomene negative în natură și viața umană, cum ar fi poluarea extinsă a mediului cu produsele progresului tehnic uman.

Scopul lucrării: Investigați caracteristicile difuziei în gaze, lichide și solide și aflați utilizarea difuziei de către oameni și manifestarea difuziei în natură, luați în considerare influența proceselor de difuzie asupra echilibrului ecologic în natură și influența oamenilor asupra proceselor de difuzie.

Esența difuziei

Demonstrează difuzia în gaze prin pulverizarea deodorantului în colțul sălii de clasă. Răspândirea mirosului se explică prin mișcarea moleculelor. Această mișcare este continuă și dezordonată. Ciocnind cu moleculele de gaze care alcătuiesc aerul, moleculele deodorantului își schimbă de multe ori direcția de mișcare și, mișcându-se aleatoriu, se împrăștie prin încăpere.

Procesul de penetrare a particulelor (molecule, atomi, ioni) unei substanțe între particulele unei alte substanțe datorită mișcării haotice se numește difuziune(din latină diffusio - răspândire, răspândire, dispersie). Astfel, difuzia este rezultatul mișcării haotice a tuturor particulelor unei substanțe, al oricărei acțiuni mecanice.

Mișcările particulelor în timpul difuziei sunt complet aleatorii, toate direcțiile de deplasare sunt la fel de probabile,

Deoarece particulele se mișcă în gaze, lichide și solide, difuzia este posibilă în aceste substanțe. Difuzia este transferul unei substanțe cauzat de egalizarea spontană a unei concentrații eterogene de atomi sau molecule de diferite tipuri. Dacă într-un vas sunt introduse porțiuni de gaze diferite, apoi, după un timp, toate gazele sunt amestecate uniform: numărul de molecule de fiecare tip pe unitatea de volum a vasului va deveni constant, concentrația se va nivela după cum urmează . În primul rând, interfața dintre cele două medii este clar vizibilă între cele două corpuri (Fig. 1a). Apoi, datorită mișcării lor, particulele individuale de substanțe situate în apropierea locurilor de schimb de frontieră.

Granița dintre substanțe se estompează (Fig. 1b). După ce au pătruns între particulele unei alte substanțe, particulele primei încep să facă schimb de locuri cu particulele celei de-a doua, situate în straturi din ce în ce mai adânci. Interfața dintre substanțe devine și mai neclară. Datorită mișcării continue și aleatorii a particulelor, acest proces duce în cele din urmă la omogenizarea soluției din vas (Fig. 1c).

Fig.1. Explicarea fenomenului de difuzie.

Difuzia în natură

Cu ajutorul difuziei, în aer se răspândesc diverse substanțe gazoase: de exemplu, fumul unui incendiu se răspândește pe distanțe lungi.

Rezultatul acestui fenomen poate fi egalizarea temperaturii din cameră în timpul ventilației. În același mod, poluarea aerului are loc cu produse industriale nocive și cu gazele de eșapament ale vehiculelor. Gazul natural inflamabil pe care îl folosim acasă este incolor și inodor. Dacă există o scurgere, este imposibil de observat, așa că la stațiile de distribuție gazul este amestecat cu o substanță specială care are un miros ascuțit, neplăcut, ușor de perceput de oameni.

Datorită fenomenului de difuzie, stratul inferior al atmosferei - troposfera - este format dintr-un amestec de gaze: azot, oxigen, dioxid de carbon și vapori de apă. În absența difuziei, stratificarea s-ar produce sub influența gravitației: dedesubt ar fi un strat de dioxid de carbon greu, deasupra acestuia - oxigen, deasupra - azot și gaze inerte.

De asemenea, observăm acest fenomen pe cer. Norii dispersați sunt, de asemenea, un exemplu de difuzie și, așa cum a spus cu exactitate F. Tyutchev despre asta: „Norii se topesc pe cer...”

Difuzia are loc mai lent în lichide decât în gaze, dar acest proces poate fi accelerat prin încălzire. De exemplu, pentru a mura rapid castraveții, aceștia sunt turnați cu saramură fierbinte. Știm că zahărul se va dizolva mai lent în ceaiul cu gheață decât în ceaiul fierbinte.

Vara, privind furnicile, mă întrebam mereu cum vor afla ele, în această lume imensă pentru ele, drumul spre casă. Se dovedește că acest mister este dezvăluit și de fenomenul difuziei. Furnicile își marchează calea cu picături de lichid mirositor

Datorită difuziei, insectele își găsesc hrana. Fluturii, fluturând între plante, își găsesc întotdeauna drumul către o floare frumoasă. Albinele, după ce au descoperit un obiect dulce, îl asaltează cu roiul lor.

Și planta crește și înflorește și pentru ei, datorită difuziei. La urma urmei, spunem că planta respiră și expiră aer, bea apă și primește diverși microaditivi din sol.

Carnivorile își găsesc și ele victimele prin difuzie. Rechinii pot mirosi sângele de la câțiva kilometri distanță, la fel ca peștii piranha.

Ecologia mediului se deteriorează din cauza eliberării de substanțe chimice și alte substanțe nocive în atmosferă, apă, iar toate acestea se răspândesc și poluează zone vaste. Dar copacii eliberează oxigen și absorb dioxid de carbon prin difuzie.

Principiul difuziei se bazează pe amestecarea apei dulci cu apa sărată atunci când râurile se varsă în mări. Difuzia soluțiilor de diferite săruri în sol contribuie la nutriția normală a plantelor.

În toate exemplele date, observăm pătrunderea reciprocă a moleculelor de substanțe, adică. difuziune. Pe acest proces se bazează multe procese fiziologice din corpul uman și animal: precum respirația, absorbția etc. În general, difuzia are o mare importanță în natură, dar acest fenomen este dăunător și în raport cu poluarea mediului.

2.1 Difuzia în regnul vegetal

K.A. Timiryazev a spus: „Fie că vorbim despre nutriția rădăcinii datorită substanțelor găsite în sol, fie că vorbim despre alimentația aeriană a frunzelor din cauza atmosferei sau despre alimentația unui organ în detrimentul altuia, vecin. - peste tot vom recurge la aceleași motive de explicație: difuzia”.

Într-adevăr, în lumea plantelor rolul difuziei este foarte important. De exemplu, marea dezvoltare a coroanei frunzelor copacilor se explică prin faptul că schimbul de difuzie prin suprafața frunzelor îndeplinește nu numai funcția de respirație, ci parțial și de nutriție. În prezent, hrănirea foliară a pomilor fructiferi prin pulverizarea coroanelor lor este practicată pe scară largă.

Procesele difuze joacă un rol major în alimentarea rezervoarelor naturale și a acvariilor cu oxigen. Oxigenul ajunge la straturile mai adânci de apă în apele stagnante datorită difuziei prin suprafața lor liberă. Prin urmare, orice restricții asupra suprafeței libere a apei sunt nedorite. De exemplu, frunzele sau lintia de rață care acoperă suprafața apei pot opri complet accesul oxigenului la apă și pot duce la moartea locuitorilor săi. Din același motiv, vasele cu gât îngust nu sunt potrivite pentru utilizare ca acvariu.

În procesul de metabolism, atunci când nutrienții complecși sau elementele lor sunt descompuse în altele mai simple, se eliberează energia necesară vieții organismului.

2.2 Rolul difuziei în nutriția plantelor.

Rolul principal în procesele de difuzie în organismele vii îl au membranele celulare, care au permeabilitate selectivă. Trecerea substanțelor prin membrană depinde de:

Dimensiuni moleculare;

Incarcare electrica;

Despre prezența și numărul de molecule de apă;

Din solubilitatea acestor particule în grăsimi;

Din structura membranei.

Există două forme de difuzie: a) dializă- este difuzia moleculelor unei substante dizolvate; b) osmoză este difuzia solventului printr-o membrană semipermeabilă. Soluţiile de sol conţin săruri minerale şi compusi organici. Apa din sol intră în plantă prin osmoză prin membranele semi-permeabile ale firelor de păr rădăcină. Concentrația de apă în sol este mai mare decât în interiorul firelor de păr, astfel încât difuzia are loc dintr-o zonă de concentrație mai mare într-o zonă de concentrație mai mică. Apoi, concentrația de apă în aceste celule devine mai mare decât în celulele de deasupra - apare presiunea rădăcinii, provocând un flux ascendent de seva prin rădăcini și tulpină, iar pierderea apei de către frunze asigură absorbția ulterioară a apei.

Mineralele pătrund în plantă: a) prin difuzie; b) uneori prin transport activ împotriva unui gradient de concentraţie, însoţit de consum de energie. Există, de asemenea presiunea turgenței este presiunea exercitată de conținutul celulei asupra peretelui celular. Este aproape întotdeauna mai mică decât presiunea osmotică a celulei sevei, deoarece afara nu este apa pura, ci o solutie salina. Valoarea presiunii turgenței:

Conservarea formei organismului vegetal;

Asigurarea creșterii în celulele plantelor tinere;

Păstrarea elasticității plantelor (demonstrarea plantelor de cactus și aloe);

Formarea formei în absența țesăturii de întărire (demonstrația unei roșii);

Aplicarea difuziei în medicină.

Aparatul este un hemodializator în care sângele intră în contact cu o soluție salină printr-o membrană semi-permeabilă. Datorită diferenței de presiune osmotică, ionii și moleculele produselor metabolice (uree, acid uric), precum și diferite substanțe toxice care trebuie îndepărtate din organism, trec prin membrana din sânge în soluția salină. Dispozitivul este un sistem de canale plate separate prin membrane subțiri de celofan, prin care sângele și dializatul - o soluție salină îmbogățită cu un amestec gazos de CO 2 + O 2 - se deplasează încet în contra-fluxuri Aparatul este conectat la sistemul circulator al pacientului folosind catetere introduse în cavitatea (admisie de sânge) în dializat) și vena ulnară (ieșire). Dializa durează 4-6 ore. Se realizează purificarea sângelui din deșeurile azotate în cazul unei funcții renale insuficiente, adică. compoziţia chimică a sângelui este reglată.

Profesor de biologie: Următorul mesaj vă va ajuta să înțelegeți și să înțelegeți formele de difuzie, osmoză și dializă.

Aplicarea difuziei în tehnologie și în viața de zi cu zi

Difuziunea are aplicații largi în industrie și viața de zi cu zi. Sudarea prin difuzie a metalelor se bazează pe fenomenul difuziei. Metoda de sudare prin difuzie, fără utilizarea lipiturilor, electrozilor și fluxurilor, conectează metale, nemetale, metale și nemetale și materiale plastice. Piesele sunt plasate într-o cameră de sudare închisă cu vid puternic, comprimate și încălzite la 800 de grade. În acest caz, difuzia reciprocă intensă a atomilor are loc în straturile de suprafață ale materialelor în contact. Sudarea prin difuzie este utilizată în principal în industria electronică și semiconductoare și în inginerie de precizie.

Un aparat de difuzie este utilizat pentru a extrage substanțele solubile din materialul solid zdrobit. Astfel de dispozitive sunt răspândite mai ales în producția de zahăr din sfeclă, unde sunt folosite pentru a obține suc de zahăr din chipsuri de sfeclă încălzite împreună cu apă.

Difuzia neutronilor joacă un rol semnificativ în funcționarea reactoarelor nucleare, adică în propagarea neutronilor în materie, însoțită de multiple modificări ale direcției și vitezei de mișcare a acestora ca urmare a ciocnirilor cu nucleele atomice. Difuzia neutronilor într-un mediu este similară cu difuzia atomilor și moleculelor în gaze și respectă aceleași legi.

Ca urmare a difuziei purtătorilor în semiconductori, apare un curent electric Mișcarea purtătorilor de sarcină în semiconductori se datorează eterogenității concentrației acestora. Pentru a crea, de exemplu, o diodă semiconductoare, indiul este fuzionat într-una dintre suprafețele germaniului. Datorită difuziei atomilor de indiu adânc în monocristalul de germaniu, în el se formează o joncțiune p-n, prin care poate circula un curent semnificativ cu o rezistență minimă.

Procesul de metalizare se bazează pe fenomenul de difuzie - acoperirea suprafeței unui produs cu un strat de metal sau aliaj pentru a-i conferi proprietăți fizice, chimice și mecanice care diferă de proprietățile materialului metalizat. Este folosit pentru a proteja produsele de coroziune, uzură, pentru a crește conductivitatea electrică de contact și, în scopuri decorative, carburarea este utilizată pentru a crește duritatea și rezistența la căldură a pieselor din oțel. Constă în așezarea pieselor de oțel într-o cutie cu pulbere de grafit, care se instalează într-un cuptor termic. Datorită difuziei, atomii de carbon pătrund în stratul de suprafață al pieselor. Adâncimea de pătrundere depinde de temperatura și timpul de păstrare a pieselor în cuptorul termic.

Influența umană asupra cursului difuziei în natură.

Din păcate, ca urmare a dezvoltării civilizației umane, există un impact negativ asupra naturii și a proceselor care au loc în ea. Procesul de difuzie joacă un rol important în poluarea râurilor, mărilor și oceanelor. De exemplu, puteți fi sigur că detergenții turnați în canalizare, de exemplu, în Odesa, vor ajunge în largul coastei Turciei din cauza difuziei și a curenților existenți. Deversarea anuală a apelor uzate industriale și menajere în lume se ridică la zeci de trilioane de tone. Un exemplu de impact negativ al oamenilor asupra proceselor de difuzie din natură sunt accidentele de amploare care au avut loc în bazinele diferitelor rezervoare. Ca urmare a acestui fenomen, uleiul și produsele sale se răspândesc pe suprafața apei și, ca urmare, procesele de difuzie sunt întrerupte, de exemplu: oxigenul nu intră în coloana de apă, iar peștii mor fără oxigen.

Datorită fenomenului de difuzie, aerul este poluat cu deșeuri din diverse fabrici, din cauza cărora deșeurile umane dăunătoare pătrund în sol, apă și apoi au un efect dăunător asupra vieții și funcționării animalelor și plantelor. Suprafața terenurilor contaminate cu emisii de la întreprinderile industriale etc. este în creștere. Peste 2 mii de hectare de teren sunt ocupate de haldele de deșeuri industriale și menajere. Una dintre problemele dificil de rezolvat în prezent este problema reciclării deșeurilor industriale, inclusiv a deșeurilor toxice.

O problemă urgentă este poluarea aerului de la gazele de eșapament și produsele prelucrării substanțelor nocive emise în atmosferă de diferite fabrici. Coșurile de fum ale întreprinderilor emit dioxid de carbon, oxizi de azot și sulf în atmosferă. În prezent, cantitatea totală de emisii de gaze în atmosferă depășește 40 de miliarde de tone pe an. Excesul de dioxid de carbon din atmosferă este periculos pentru lumea vie a Pământului, perturbă ciclul carbonului în natură și duce la formarea ploii acide. Procesul de difuzie joacă un rol important în poluarea râurilor, mărilor și oceanelor. Deversarea anuală de ape uzate industriale și menajere în lume este de aproximativ 10 trilioane de tone.

Unele studii medicale au arătat o legătură între morbiditatea căilor respiratorii și ale căilor respiratorii superioare și calitatea aerului. Există o relație directă între indicatorul nivelului bolilor respiratorii și volumul emisiilor de substanțe nocive în atmosferă. Exemplele enumerate de difuzie au un efect dăunător asupra diferitelor procese care au loc în natură.

Poluarea corpurilor de apă duce la dispariția vieții din ele, iar apa folosită pentru băut trebuie purificată, ceea ce este foarte scump. În plus, în apa contaminată apar reacții chimice, eliberând căldură. Temperatura apei crește, iar conținutul de oxigen din apă scade, ceea ce este rău pentru organismele acvatice. Din cauza creșterii temperaturii apei, multe râuri nu mai îngheață iarna. Pentru a reduce emisiile de gaze nocive din conductele industriale și conductele centralelor termice, sunt instalate filtre speciale. Astfel de filtre sunt instalate, de exemplu, la o centrală termică din districtul Leninsky din Chelyabinsk, dar instalarea lor este foarte costisitoare. Pentru a preveni poluarea corpurilor de apă, este necesar să ne asigurăm că gunoiul, deșeurile alimentare, gunoiul de grajd și diverse tipuri de substanțe chimice nu sunt aruncate în apropierea țărmurilor.

Având în vedere încălzirea globală, este important să se studieze modificarea ratei de difuzie în funcție de creșterea temperaturii ambientale.

Partea experimentală.

Eu experimentez. Observarea pătrunderii particulelor unei substanțe între moleculele altei substanțe .

Ţintă : studiază difuzia solidelor și trage o concluzie despre viteza de difuzie.

Dispozitive și materiale : gelatină, permanganat de potasiu, sulfat de cupru, vas Petria, pensetă, dispozitiv de încălzire.

Soluția solidă este gelatina. Pentru a pregăti soluția, trebuie să scufundați 1 lingură de gelatină în apă rece timp de 2 ore, astfel încât pudra să se umfle, apoi încălziți amestecul și dizolvați gelatina fără a o aduce la fierbere, apoi turnați-o într-un vas Petria ( Fig. 3). Când gelatina s-a răcit, un cristal de permanganat de potasiu a fost introdus în mijloc cu o mișcare rapidă folosind o pensetă într-un pahar și sulfat de cupru în celălalt. Și acum putem observa rezultatul difuziei.

Aici am observat pătrunderea particulelor de permanganat de potasiu și sulfat de cupru între moleculele de gelatină. După 24 de ore, s-a observat că difuzia permanganatului de potasiu nu are loc (Fig. 4), deoarece permanganatul de potasiu este un agent oxidant puternic.

Astfel, difuzia în solide are loc mai lent. Dacă agenții oxidanți puternici intră în mediu, aceștia duc la distrugerea acestuia.

II experiment. Observarea dizolvării bucăților de guașă în apă la temperatură constantă (la t = 22°C)

Am luat o bucată de guașă culoare portocalieși un vas cu apă curată la o temperatură de 22 °C. Au pus o bucată de guașă în vas (Fig. 1) și au început să observe ce se întâmplă. După 10 minute, apa din vas începe să capete culoarea guașului (solid) (Fig. 2). Apa este un solvent bun. Sub influența moleculelor de apă, legăturile dintre moleculele de solide de guașă sunt distruse. Au trecut 25 de minute de la începutul experimentului. Culoarea apei devine mai intensă (Fig. 3). Moleculele de apă pătrund între moleculele de guașă, rupând forțele de atracție. Au trecut 45 de minute de la începutul experimentului (Fig. 4). Concomitent cu forțele de atracție dintre molecule, încep să acționeze și forțe de respingere și, ca urmare, rețeaua cristalină a substanței solide (guașa) este distrusă. Procesul de dizolvare a guașei s-a încheiat. Experimentul a durat 2 ore și 50 de minute. Apa a devenit complet guașă.

Astfel, fenomenul de difuzie este un proces lung, în urma căruia solidele se dizolvă.

Sh experiență.Studiul dependenței vitezei de difuzie de temperatură și pătrundere în produsele alimentare.

Ţintă : studiază modul în care temperatura afectează viteza de difuzie.

Dispozitive și materiale : termometre - 2 buc., ceasuri - 1 buc., sticla - 1 buc., iod, cartofi, agitator magnetic.

Descrierea experienței și a rezultatelor obținute : Au luat un pahar, au pus iod în el și au închis paharul cu cartofi tăiați în jumătate la t = 22 °C. După 15 minute de la începutul experimentului, procesul de difuzie este inactiv. Procesul de încălzire a început după 4 minute. Procesul de difuzie a început, după 1 minut, vedem pătrunderea iodului în cartofi, după 2 minute.

Din această experiență putem concluziona că viteza de difuzie este afectată de temperatură: cu cât temperatura este mai mare, cu atât este mai mare rata de difuzie, ceea ce afectează negativ alimentele.

Astfel, aerul este poluat de deșeurile din diverse fabrici, gazele de eșapament ale mașinilor pătrund în produsele alimentare, iar apoi au un efect dăunător asupra vieții și funcționării oamenilor, animalelor și plantelor.

IV experiență.Studiul dependenței vitezei de difuzie a substanțelor gazoase în apă la temperatură constantă

Ţintă : studiați viteza de difuzie a substanțelor gazoase în apă la o temperatură constantă și trageți o concluzie despre viteza de difuzie.

Dispozitive și materiale : termometre - 1 bucată, ceas - 1 bucată, balon - 1 bucată, apă, iod.

Descrierea experienței și a rezultatelor obținute : Într-un balon s-a turnat apă de aceeași masă și aceeași temperatură (22 °C), apoi s-a turnat ulei vegetal (5 ml) într-un alt balon. Uleiul vegetal din experimentul nostru a imitat petrolul. Baloanele au fost închise cu bandă adezivă cu iod lipită de ea. Observația a fost eliminată după 45 minute.

Apa acoperita cu folie ulei vegetal, este colorat foarte slab, atunci putem aprecia că este mai greu ca moleculele de oxigen să pătrundă în apă: pești și alte viață acvatică lipsește oxigenul și poate chiar să moară.

Concluzie : prezența diferitelor substanțe la suprafața apei perturbă procesele de difuzie și poate duce la consecințe nedorite asupra mediului.

Concluzie

Natura folosește pe scară largă capacitățile inerente procesului de penetrare prin difuzie și joacă un rol vital în absorbția nutriției și oxigenarea sângelui. În flacăra Soarelui, în viața și moartea stelelor îndepărtate, în aerul pe care îl respirăm, peste tot vedem manifestarea unei difuzii atotputernice și universale.

Astfel, difuzia este de mare importanță în procesele de viață ale oamenilor, animalelor și plantelor. Datorită difuziei, oxigenul din plămâni pătrunde în sângele uman, iar din sânge în țesuturi. Dar, din păcate, oamenii, ca urmare a activităților lor, au adesea un impact negativ asupra proceselor naturale din natură.

Studiind difuziunea, rolul ei în echilibrul ecologic al naturii și factorii care influențează apariția ei în natură, am ajuns la concluzia că este necesară atragerea atenției publicului asupra problemelor de mediu.

Literatură

Alekseev S.V., Gruzdeva M.V., Muravyov A.G., Gushchina E.V. Atelier de ecologie. M. JSC MDS, 1996

Ilchenko V.R. Răscruce de fizică, chimie și biologie M: „Iluminismul”, 1986.

Kirillova I.G. O carte de citit despre fizică. M. „Iluminismul”, 1986

Peryshkin A.V.. Manual de fizică, clasa a VII-a. M. „Iluminismul”, 2005

Prohorov A.M. Dicționar enciclopedic fizic. 1995

Ryzhenkov A.P. Fizică. Uman. Mediu inconjurator. M: Iluminarea, 1996

Chuyanov V.A. Dicționar enciclopedic al unui tânăr fizician. 1999

Shakhmaev N.M. și colab. Fizica 7.M.: Mnemosyne, 2007.

Enciclopedie pentru copii.T.19. Ecologie: În 33 de volume/ Cap. ed. Volodin V. A. - M.: Avanta +, 2004 - 448 p.

Instituție de învățământ municipală școala secundară Zaozernaya cu studiu aprofundat al subiectelor individuale nr. 16

Subiect: „Difuzia în natura vie și neînsuflețită”.

Efectuat:

elev din clasa 8A Zyabrev Kirill.

Profesor de fizică: Zavyalova G.M.

Profesor de biologie: Zyabreva V.F.

Tomsk – 2008

I. Introducere. ………………………………………………………… 3

II. Difuzia în natura vie și neînsuflețită.

1. Istoria descoperirii fenomenului. ……………………………………. 4

2. Difuzia, tipurile ei. ………………………………………….. 6

3. De ce depinde viteza de difuzie? ……………………….. 7

4. Difuzia în natura neînsuflețită. ……………………………... 8

5. Difuzia în natura vie. ………………………………………… 9

6. Utilizarea fenomenelor de difuzie. …………………………. 16

7. Proiectarea fenomenelor de difuzie individuală. …………… 17

III. Concluzie. …………………………………………………... 20

IV. Cărți uzate. ……………………………………. . 21

I. Introducere.

Obiectivele muncii :

1. Extindeți și aprofundați cunoștințele despre difuzare.

2. Modelarea proceselor individuale de difuzie.

3. Creați material suplimentar bazat pe computer pentru a fi utilizat în lecțiile de fizică și biologie.

Sarcini:

1. Găsiți materialul necesar în literatură, internet, studiați-l și analizați-l.

2. Aflați unde apar fenomenele de difuzie în natura vie și neînsuflețită (fizică și biologie), ce semnificație au și unde sunt folosite de oameni.

3. Descrieți și proiectați cele mai interesante experimente asupra acestui fenomen.

4. Creați modele animate ale unor procese de difuzie.

Metode: analiza și sinteza literaturii, design, modelare.

Lucrarea mea constă din trei părți; partea principală este formată din 7 capitole. Am studiat și prelucrat materiale din 13 surse literare, inclusiv literatură educațională, de referință, literatură științifică și site-uri de internet și am pregătit și o prezentare realizată în editorul Power Point.

II. Difuzie în natura vie și neînsuflețită.

II .1. Istoria descoperirii fenomenului de difuzie.

Când a observat o suspensie de polen de flori în apă la microscop, Robert Brown a observat o mișcare haotică a particulelor care decurgea „nici din mișcarea lichidului, nici din evaporarea acestuia”. Particulele suspendate cu dimensiunea de 1 µm sau mai puțin, vizibile numai la microscop, au efectuat mișcări independente dezordonate, descriind traiectorii complexe în zig-zag. Mișcarea browniană nu slăbește în timp și nu depinde de proprietățile chimice ale mediului; intensitatea acestuia crește odată cu creșterea temperaturii mediului și cu scăderea vâscozității și a dimensiunii particulelor. Chiar și o explicație calitativă a cauzelor mișcării browniene a fost posibilă doar 50 de ani mai târziu, când cauza mișcării browniene a început să fie asociată cu impactul moleculelor lichide pe suprafața unei particule suspendate în ea.

Prima teorie cantitativă a mișcării browniene a fost dată de A. Einstein și M. Smoluchowski în 1905-06. bazat pe teoria cinetică moleculară. S-a demonstrat că mersurile aleatorii ale particulelor browniene sunt asociate cu participarea lor la mișcarea termică împreună cu moleculele mediului în care sunt suspendate. Particulele au în medie aceeași energie cinetică, dar datorită masei lor mai mari au o viteză mai mică. Teoria mișcării browniene explică mișcările aleatorii ale unei particule prin acțiunea forțelor aleatorii din molecule și a forțelor de frecare. Conform acestei teorii, moleculele unui lichid sau gaz sunt în mișcare termică constantă, iar impulsurile diferitelor molecule nu sunt aceleași ca mărime și direcție. Dacă suprafața unei particule plasate într-un astfel de mediu este mică, așa cum este cazul unei particule browniene, atunci impacturile experimentate de particule de la moleculele din jurul acesteia nu vor fi compensate exact. Prin urmare, ca urmare a „bombardamentului” de către molecule, particula browniană începe să se miște aleatoriu, schimbând magnitudinea și direcția vitezei sale de aproximativ 1014 ori pe secundă. Din această teorie a rezultat că, măsurând deplasarea unei particule într-un anumit timp și cunoscând raza acesteia și vâscozitatea lichidului, se poate calcula numărul lui Avogadro.

Concluziile teoriei mișcării browniene au fost confirmate de măsurătorile lui J. Perrin și T. Svedberg în 1906. Pe baza acestor relații au fost determinate experimental constanta lui Boltzmann și constanta lui Avogadro. (constanta lui Avogadro notat cu NA, numărul de molecule sau atomi dintr-un mol dintr-o substanță, NA=6,022,1023 mol-1; nume în cinstea lui A. Avogadro.

constanta Boltzmann, constantă fizică k, egal cu raportul constantei universale a gazului R la numărul lui Avogadro N A: k = R / N A = 1,3807,10-23 J/K. Numit după L. Boltzmann.)

Când se observă mișcarea browniană, poziția particulei este înregistrată la intervale regulate. Cu cât intervalele de timp sunt mai scurte, cu atât mai întreruptă va arăta traiectoria particulei.

Legile mișcării browniene servesc ca o confirmare clară a principiilor fundamentale ale teoriei cinetice moleculare. S-a stabilit în cele din urmă că forma termică a mișcării materiei se datorează mișcării haotice a atomilor sau moleculelor care alcătuiesc corpurile macroscopice.

Teoria mișcării browniene a jucat un rol important în fundamentarea mecanicii statistice se bazează pe ea teoria cinetică a coagulării (amestecării) soluțiilor apoase. În plus, are și ea semnificație practicăîn metrologie, deoarece mișcarea browniană este considerată principalul factor care limitează acuratețea instrumentelor de măsură. De exemplu, limita de precizie a citirilor unui galvanometru oglindă este determinată de vibrația oglinzii, ca o particulă brownian bombardată de molecule de aer. Legile mișcării browniene determină mișcarea aleatorie a electronilor, care provoacă zgomot în circuitele electrice. Pierderile dielectrice în dielectrici sunt explicate prin mișcări aleatorii ale moleculelor dipolului care alcătuiesc dielectricul. Mișcările aleatorii ale ionilor în soluțiile de electroliți măresc rezistența electrică a acestora.

Traiectorii particulelor browniene (schema experimentului Perrin); Punctele marchează pozițiile particulelor la intervale de timp egale.

Prin urmare, DIFUZIA, SAU MIȘCARE BROWNIAN – Acest mișcarea aleatorie a particulelor minuscule suspendate într-un lichid sau gaz, care au loc sub influența impactului moleculelor de mediu; deschis

R. Brown în 1827

II. 2. Difuzia, tipurile ei.

Se face o distincție între difuzie și autodifuziune.

Difuzie numită pătrunderea spontană a moleculelor unei substanțe în spațiile dintre moleculele unei alte substanțe. În acest caz, particulele sunt amestecate. Difuzia se observă pentru gaze, lichide și solide. De exemplu, o picătură de cerneală este amestecată într-un pahar cu apă. Sau mirosul de colonie se raspandeste in toata camera.

Difuzia, ca și autodifuzia, există atâta timp cât există un gradient de densitate al substanței. Dacă densitatea uneia și aceleiași substanțe nu este aceeași în diferite părți ale volumului, atunci se observă fenomenul de autodifuzie. Autodifuzie numit procesul de egalizare a densităţii(sau concentrație proporțională cu aceasta) aceeași substanță. Difuzia și autodifuzia apar datorită mișcării termice a moleculelor, care, în stări de neechilibru, creează fluxuri de materie.

Densitatea fluxului de masă este masa unei substanțe ( dm), difuzand pe unitatea de timp printr-o unitate de suprafata ( dS pl), perpendicular pe ax X :

(1.1)

Fenomenul de difuzie se supune legii lui Fick

(1.2)

unde este modulul gradientului de densitate, care determină viteza de modificare a densității în direcția axei X ;

D- coeficientul de difuzie, care se calculează din teoria cinetică moleculară folosind formula

(1.3)

unde este viteza medie a mișcării termice a moleculelor;

Calea liberă medie a moleculelor.

Semnul minus indică faptul că transferul de masă are loc în direcția de scădere a densității.

Ecuația (1.2) se numește ecuație de difuzie sau legea lui Fick.

II. 3. Viteza de difuzie.

Când o particulă se mișcă într-o substanță, se ciocnește constant cu moleculele sale. Acesta este unul dintre motivele pentru care, în condiții normale, difuzia este mai lentă decât mișcarea normală. De ce depinde viteza de difuzie?

În primul rând, pe distanța medie dintre ciocnirile de particule, de ex. lungimea drumului liber. Cu cât această lungime este mai lungă, cu atât particula pătrunde mai repede în substanță.

În al doilea rând, presiunea afectează viteza. Cu cât împachetarea particulelor într-o substanță este mai densă, cu atât este mai dificil pentru o particulă străină să pătrundă într-o astfel de împachetare.

În al treilea rând, greutatea moleculară a unei substanțe are un rol major asupra vitezei de difuzie. Cu cât ținta este mai mare, cu atât este mai probabil să lovească, iar după o coliziune viteza întotdeauna încetinește.

Și în al patrulea rând, temperatura. Pe măsură ce temperatura crește, vibrațiile particulelor cresc, iar viteza moleculelor crește. Cu toate acestea, viteza de difuzie este de o mie de ori mai mică decât viteza de mișcare liberă.

Toate tipurile de difuzie respectă aceleași legi și sunt descrise de coeficientul de difuzie D, care este o mărime scalară și este determinată de prima lege a lui Fick.

Pentru difuzie unidimensională ,

unde J este densitatea de flux a atomilor sau a defectelor substanței,
D - coeficientul de difuzie,
N este concentrația de atomi sau defecte ale unei substanțe.

Difuzia este un proces la nivel molecular și este determinat de natura aleatorie a mișcării moleculelor individuale. Viteza de difuzie este deci proporțională cu viteza medie a moleculelor. În cazul gazelor, viteza medie a moleculelor mici este mai mare și anume este invers proporțională cu rădăcina pătrată a masei moleculei și crește odată cu creșterea temperaturii. Procesele de difuzie în solide la temperaturi ridicate găsesc adesea aplicații practice. De exemplu, anumite tipuri de tuburi catodice (CRT) folosesc toriu metal difuzat prin tungsten metal la 2000 ºC.

Dacă într-un amestec de gaze o moleculă este de patru ori mai grea decât alta, atunci o astfel de moleculă se mișcă de două ori mai lentă decât mișcarea sa într-un gaz pur. În consecință, rata sa de difuzie este, de asemenea, mai mică. Această diferență în viteza de difuzie a moleculelor ușoare și grele este utilizată pentru a separa substanțe cu greutăți moleculare diferite. Un exemplu este separarea izotopilor. Dacă un gaz care conține doi izotopi este trecut printr-o membrană poroasă, izotopii mai ușori trec prin membrană mai repede decât cei mai grei. Pentru o mai bună separare, procesul se desfășoară în mai multe etape. Acest proces a fost utilizat pe scară largă pentru separarea izotopilor de uraniu (separarea 235U, fisionabilă sub iradiere cu neutroni, din 238U în vrac). Deoarece această metodă de separare necesită multă energie, au fost dezvoltate alte metode de separare mai economice. De exemplu, utilizarea difuziei termice într-un mediu gazos este larg dezvoltată. Un gaz care conține un amestec de izotopi este plasat într-o cameră în care se menține o diferență de temperatură spațială (gradient). În acest caz, izotopii grei sunt concentrați în regiunea rece în timp.

Concluzie. Modificările difuze sunt afectate de:

· greutatea moleculară a substanței (cu cât greutatea moleculară este mai mare, cu atât viteza este mai mică);

· distanța medie dintre ciocnirile de particule (cu cât lungimea traseului este mai mare, cu atât viteza este mai mare);

· presiune (cu cât împachetarea particulelor este mai mare, cu atât este mai dificil de străpuns),

· temperatura (pe măsură ce temperatura crește, viteza crește).

II.4. Difuzia în natura neînsuflețită.

Știați că întreaga noastră viață este construită pe un paradox ciudat al naturii? Toată lumea știe că aerul pe care îl respirăm este format din gaze de diferite densități: azot N2, oxigen O2, dioxid de carbon CO2 și o cantitate mică de alte impurități. Și aceste gaze trebuie dispuse în straturi, în funcție de forța gravitațională: cel mai greu, CO 2 , se află chiar la suprafața pământului, deasupra este O 2 și chiar mai mare este N 2. Dar asta nu se întâmplă. Suntem înconjurați de un amestec omogen de gaze. De ce nu se stinge flacăra? La urma urmei, oxigenul din jurul lui se arde rapid? Aici, ca și în primul caz, funcționează mecanismul de aliniere. Difuzia previne dezechilibrul în natură!

De ce este marea sărată? Știm că acestea sunt râuri care străbat grosimea stânci, minerale și săruri de spălat în mare. Cum se amestecă apa și sarea? Acest lucru poate fi explicat printr-un experiment simplu:

DESCRIEREA EXPERIENȚEI: Se toarnă o soluție apoasă de sulfat de cupru într-un vas de sticlă. Turnați cu grijă peste soluție apă curată. Observăm granița dintre lichide.

Întrebare: Ce se va întâmpla cu aceste lichide în timp și ce vom observa?

În timp, granița dintre lichidele care intră în contact va începe să se estompeze. Un vas cu lichide poate fi așezat într-un dulap și zi de zi puteți observa cât de spontană are loc amestecarea lichidelor. În final, în vas se formează un lichid omogen albastru pal, aproape incolor la lumină.

Particulele de sulfat de cupru sunt mai grele decât apa, dar datorită difuziei ele cresc încet în sus. Motivul este structura lichidului. Particulele lichide sunt împachetate în grupuri compacte - pseudonuclei. Sunt separate unul de celălalt prin goluri - găuri. Nucleii nu sunt stabili; particulele lor nu rămân în echilibru mult timp. De îndată ce energie este împărțită unei particule, aceasta se desprinde din nucleu și cade în gol. De acolo sare usor la alt nucleu etc.

Moleculele unei substanțe străine își încep călătoria prin lichidul din găuri. Pe drum, se ciocnesc de nuclee, scot particule din ele și le iau locul. Trecând dintr-un loc liber în altul, se amestecă încet cu particule lichide. Știm deja că rata de difuzie este scăzută. Prin urmare, în condiții normale, acest experiment a durat 18 zile, cu încălzire - 2-3 minute.

Concluzie: În flacăra Soarelui, viața și moartea stelelor luminoase îndepărtate, în aerul pe care îl respirăm, schimbările vremii, în aproape toate fenomenele fizice vedem manifestarea difuziei atotputernice!

II.5. Difuzia în natura vie.

Procesele de difuzie au fost acum bine studiate, legile lor fizice și chimice au fost stabilite și sunt destul de aplicabile mișcării moleculelor într-un organism viu. Difuzia în organismele vii este indisolubil legată de membrana plasmatică a celulei. Prin urmare, este necesar să aflăm cum este structurat și cum sunt legate caracteristicile structurii sale de transportul de substanțe în celulă.

Membrana plasmatică (plasmalema, membrană celulară), o suprafață, structură periferică care înconjoară protoplasma celulelor vegetale și animale, servește nu numai ca o barieră mecanică, dar, cel mai important, limitează fluxul liber în două sensuri de joasă și înaltă. substanțe moleculare în și din celulă. Mai mult, plasmalema acționează ca o structură care „recunoaște” diverse substanțe chimiceşi reglarea transportului selectiv al acestor substanţe în celulă

Suprafața exterioară a membranei plasmatice este acoperită cu un strat fibros liber de substanță de 3-4 nm grosime - glicocalix. Este alcătuită din lanțuri ramificate de carbohidrați complecși, proteine integrale membranare, între care se pot localiza compuși secretați de celule de proteine cu zaharuri și proteine cu grăsimi. Aici se găsesc și unele enzime celulare implicate în descompunerea extracelulară a substanțelor (digestia extracelulară, de exemplu, în epiteliul intestinal).

Deoarece interiorul stratului lipidic este hidrofob, acesta reprezintă o barieră practic impenetrabilă pentru majoritatea moleculelor polare. Datorită prezenței acestei bariere, scurgerea conținutului celular este împiedicată, dar din această cauză, celula a fost forțată să creeze mecanisme speciale pentru a transporta substanțele solubile în apă prin membrană.

Membrana plasmatică, ca și alte membrane celulare lipoproteice, este semi-permeabilă. Apa și gazele dizolvate în ea au capacitatea maximă de penetrare. Transportul ionilor poate avea loc de-a lungul unui gradient de concentrație, adică pasiv, fără consum de energie. În acest caz, unele proteine de transport membranar formează complexe moleculare, canale prin care ionii trec prin membrană prin difuzie simplă. În alte cazuri, proteinele speciale de transport membranare se leagă selectiv de unul sau altul ion și îl transportă prin membrană. Acest tip de transport se numește transport activ și se realizează cu ajutorul pompelor de ioni proteici. De exemplu, cheltuind 1 moleculă de ATP, sistemul de pompă K-Na pompează 3 ioni Na din celulă într-un ciclu și pompează 2 ioni K împotriva gradientului de concentrație. În combinație cu transportul ionic activ, diferite zaharuri, nucleotide și aminoacizi pătrund în plasmalemă. Macromoleculele, cum ar fi proteinele, nu trec prin membrană. Ele, precum și particulele mai mari ale substanței, sunt transportate în celulă prin endocitoză. În timpul endocitozei, o anumită zonă a plasmalemei captează, învelește materialul extracelular și îl înglobează într-o vacuola membranară. Acest vacuol - un endozom - se contopește în citoplasmă cu lizozomul primar și are loc digestia materialului captat. Endocitoza este împărțită oficial în fagocitoză (absorbția de particule mari de către celulă) și pinocitoză (absorbția soluțiilor). Membrana plasmatică participă, de asemenea, la îndepărtarea substanțelor din celulă prin exocitoză, un proces invers la endocitoză.

Difuzia ionilor în soluții apoase este deosebit de importantă pentru organismele vii. Rolul difuziei în respirația, fotosinteza și transpirația plantelor nu este mai puțin important; în transferul de oxigen din aer prin pereții alveolelor plămânilor și intrarea acestuia în sângele oamenilor și animalelor. Difuzie ionii moleculari prin membrane se realizează folosind potenţialul electric din interiorul celulei. Dispunând de permeabilitate selectivă, membranele joacă rolul de vamă la deplasarea mărfurilor peste graniță: unele substanțe sunt lăsate să treacă, altele sunt reținute, iar altele sunt în general „expulzate” din celulă. Rolul membranelor în viața celulară este foarte important. O celulă pe moarte pierde controlul asupra capacității de a regla concentrația de substanțe prin membrană. Primul semn al unei celule pe moarte este începutul schimbărilor în permeabilitatea și funcționarea defectuoasă a membranei sale exterioare.

Pe lângă transportul convențional - procesul cinetic de transfer al particulelor unei substanțe sub influența gradienților de potențial electric sau chimic, temperatură sau presiune - transportul activ are loc și în procesele celulare - mișcarea moleculelor și ionilor împotriva gradientului de concentrație al substante. Acest mecanism de difuzie se numește osmoză. (Osmoza a fost observată pentru prima dată de A. Nolle în 1748, dar cercetările asupra acestui fenomen au început un secol mai târziu.) Acest proces se realizează datorită presiunii osmotice diferite într-o soluție apoasă pe diferite părți ale unei membrane biologice osmoza printr-o membrana, dar aceasta membrana poate fi impermeabila la substantele dizolvate in apa. Este curios că apa curge împotriva difuziei acestei substanțe, dar se supune drept general gradient de concentrație (în acest caz apă).

Prin urmare, apa tinde de la o soluție mai diluată, unde concentrația sa este mai mare, la o soluție mai concentrată a unei substanțe, în care concentrația apei este mai mică. Nefiind capabilă să absoarbă și să pompa în mod direct apa, celula face acest lucru prin osmoză, modificând concentrația de substanțe dizolvate în ea. Osmoza egalizează concentrația soluției pe ambele părți ale membranei. Starea tensionată a membranei celulare, care se numește presiune de turgescență, depinde de presiunea osmotică a soluțiilor de substanțe de pe ambele părți ale membranei celulare și de elasticitatea membranei celulare, care se numește presiune de turgență (turgor - din latinescul turgere). - a fi umflat, umplut). De obicei, elasticitatea membranelor celulare animale (excluzând unele celenterate) este scăzută, acestea nu au o presiune mare de turgență și își păstrează integritatea doar în soluțiile izotonice sau cele care diferă puțin de cele izotonice (diferența dintre presiunea internă și cea externă este mai mică de 0,5-1,0); a.m). În celulele vegetale vii, presiunea internă este întotdeauna mai mare decât presiunea externă, cu toate acestea, ruptura membranei celulare nu are loc în ele din cauza prezenței unui perete celular de celuloză. Diferența dintre presiunile interne și externe la plante (de exemplu, la plantele halofite - ciuperci iubitoare de sare) ajunge la 50-100 dimineața. Dar chiar și așa, marja de siguranță a celulei plantei este de 60-70%. La majoritatea plantelor, alungirea relativă a membranei celulare din cauza turgenței nu depășește 5-10%, iar presiunea turgenței se află în intervalul 5-10 dimineața. Datorită turgenței, țesuturile plantelor au elasticitate și rezistență structurală. (Experimentele nr. 3, nr. 4 confirmă acest lucru). Toate procesele de autoliză (autodistrugere), ofilire și îmbătrânire sunt însoțite de o scădere a presiunii turgenței.

Când luăm în considerare difuzia în natura vie, nu putem să nu menționăm absorbția. Absorbția este procesul de intrare a diferitelor substanțe din mediu prin membranele celulare în celule și prin acestea în mediul intern al organismului. La plante, acesta este procesul de absorbție a apei cu substanțe dizolvate în ea de rădăcini și frunze prin osmoză și difuzie; la nevertebrate - din mediu sau fluidul din cavitate. La organismele primitive, absorbția are loc prin pinocitoză și fagocitoză. La vertebrate, absorbția poate avea loc atât din organele cavității - plămâni, uter, vezică urinară, cât și de la suprafața pielii, de la suprafața plăgii etc. Gazele și vaporii volatili sunt absorbiți de piele.

Cea mai mare semnificație fiziologică este absorbția în tractul gastrointestinal, care apare în principal în intestinul subtire. Pentru transferul eficient al substanțelor, suprafața mare a intestinului și fluxul sanguin constant ridicat în membrana mucoasă sunt de o importanță deosebită, datorită cărora se menține un gradient de concentrație ridicat al compușilor absorbiți. La om, fluxul de sânge mezenteric în timpul meselor este de aproximativ 400 ml/min, iar la înălțimea digestiei - până la 750 ml/min, ponderea principală (până la 80%) fiind fluxul de sânge în membrana mucoasă a organelor digestive. . Datorită prezenței structurilor care măresc suprafața membranei mucoase - pliuri circulare, vilozități, microvilozități, suprafața totală a suprafeței de absorbție a intestinului uman ajunge la 200 m2.

Soluțiile de apă și sare pot difuza pe ambele părți ale peretelui intestinal, atât în intestinul subțire, cât și în intestinul gros. Absorbția lor are loc în principal în părțile superioare ale intestinului subțire. De mare importanță este transportul ionilor de Na+ în intestinul subțire, datorită căruia se creează în principal gradienți electrici și osmotici. Absorbția ionilor de Na+ are loc atât prin mecanisme active, cât și prin mecanisme pasive.

Dacă celula nu ar avea sisteme de reglare a presiunii osmotice, atunci concentrația de substanțe dizolvate în interiorul acesteia ar fi mai mare decât concentrațiile lor externe. Atunci concentrația de apă în celulă ar fi mai mică decât concentrația sa în exterior. Ca rezultat, ar exista un flux constant de apă în celulă și ruperea acesteia. Din fericire, celulele animale și bacteriile controlează presiunea osmotică din celulele lor prin pomparea activă a ionilor anorganici, cum ar fi Na. Prin urmare, concentrația lor totală în interiorul celulei este mai mică decât în exterior. De exemplu, amfibienii își petrec o parte semnificativă a timpului în apă, iar conținutul de sare din sângele și limfa lor este mai mare decât în apa dulce. Organismele amfibiene absorb continuu apa prin piele. Prin urmare, produc multă urină. O broască, de exemplu, dacă cloaca ei este bandajată, se umflă ca un balon. Și, invers, dacă un amfibian intră în apa sărată de mare, acesta devine deshidratat și moare foarte repede. Prin urmare, mările și oceanele sunt un obstacol de netrecut pentru amfibieni. Celulele vegetale au pereți rigizi care le protejează de umflături. Multe protozoare evită izbucnirea din apa care intră în celulă cu ajutorul unor mecanisme speciale care aruncă în mod regulat apa care intră.

Astfel, celula este un sistem termodinamic deschis, care face schimb de materie și energie cu mediul, dar păstrând o anumită constanță a mediului intern. Aceste două proprietăți ale unui sistem de autoreglare - deschiderea și constanța - sunt îndeplinite simultan, iar metabolismul (metabolismul) este responsabil pentru constanța celulei. Metabolismul este regulatorul care contribuie la conservarea sistemului asigură un răspuns adecvat la influențele mediului. De aceea o conditie necesara metabolismul este iritabilitatea unui sistem viu la toate nivelurile, care în același timp acționează ca un factor în sistematicitatea și integritatea sistemului.

Membranele își pot modifica permeabilitatea sub influența factorilor chimici și fizici, inclusiv ca urmare a depolarizării membranei atunci când un impuls electric trece prin sistemul neuronal și îl influențează.

Un neuron este o bucată de fibră nervoasă. Dacă un stimul acționează la un capăt al acestuia, are loc un impuls electric. Valoarea sa este de aproximativ 0,01 V pentru celulele musculare umane și se propagă cu o viteză de aproximativ 4 m/s. Când impulsul ajunge la o sinapsă - o conexiune între neuroni, care poate fi considerată ca un fel de releu care transmite un semnal de la un neuron la altul, impulsul electric este transformat într-un impuls chimic prin eliberarea de neurotransmițători - substanțe intermediare specifice. Când moleculele unui astfel de intermediar intră în golul dintre neuroni, neurotransmițătorul ajunge la capătul decalajului prin difuzie și excită următorul neuron.

Cu toate acestea, un neuron reacționează numai dacă există molecule speciale pe suprafața lui - receptori care pot lega doar un anumit transmițător și nu pot reacționa la altul. Acest lucru se întâmplă nu numai pe membrană, ci și în orice organ, cum ar fi un mușchi, determinându-l să se contracte. Semnalele de impuls prin sinapse pot inhiba sau spori transmiterea altora și, prin urmare, neuronii îndeplinesc funcții logice („și”, „sau”), care, într-o anumită măsură, au servit drept bază pentru ca N. Wiener să creadă că procesele computaționale din creier a unui organism viu și în computere urmează în esență același tipar. Apoi abordarea informațională ne permite să descriem natura neînsuflețită și vie într-un mod unitar.

Însuși procesul semnalului care influențează membrana constă în modificarea rezistenței sale electrice ridicate, deoarece diferența de potențial pe aceasta este și de ordinul a 0,01 V. O scădere a rezistenței duce la creșterea impulsului de curent electric și excitația este transmisă. mai departe în formă impuls nervos, schimbând în același timp capacitatea anumitor ioni de a trece prin membrană. Astfel, informațiile din organism pot fi transmise în combinație prin mecanisme chimice și fizice, iar acest lucru asigură fiabilitatea și diversitatea canalelor pentru transmiterea și prelucrarea acesteia într-un sistem viu.

Procesele de respirație normală a unui organism viu, care necesită oxigen O2 obținut ca urmare a fotosintezei, sunt strâns legate de procesele de respirație normală a unui organism viu, când moleculele de ATP se formează în mitocondriile unei celule, furnizându-i acesteia energia necesară. Mecanismele acestor procese se bazează și pe legile difuziei. În esență, acestea sunt componentele materiale și energetice care sunt necesare unui organism viu. Fotosinteza este procesul de stocare a energiei solare prin formarea de noi legături în moleculele substanțelor sintetizate. Materiile prime pentru fotosinteză sunt apa H2O și dioxidul de carbon CO2. Din acești compuși anorganici simpli se formează alții mai complecși, bogati în energie nutrienți. Oxigenul molecular O2 se formează ca produs secundar, dar foarte important pentru noi. Un exemplu este o reacție care are loc datorită absorbției cuantelor de lumină și prezenței pigmentului de clorofilă conținut în cloroplaste.

Rezultatul este o moleculă de zahăr C 6 H 12 O 6 și șase molecule de oxigen O 2. Procesul se desfășoară în etape, mai întâi în stadiul de fotoliză, hidrogenul și oxigenul se formează prin scindarea apei, iar apoi hidrogenul, combinat cu dioxidul de carbon, formează un carbohidrat - zahăr C 6 H 12 O 6. În esență, fotosinteza este conversia energiei radiante de la Soare în energie legături chimice materie organică emergentă. Astfel, fotosinteza, care produce oxigen O 2 în lumină, este procesul biologic care asigură organismelor vii energie liberă. Procesul de respirație normală ca proces metabolic în organism asociat cu consumul de oxigen este inversul procesului de fotosinteză. Ambele procese pot urma următorul lanț:

Energia solara (fotosinteza)

nutrienți + (respirație)

Energia legăturilor chimice.

Produșii finali ai respirației servesc ca materiale de plecare pentru fotosinteză. Astfel, procesele de fotosinteză și respirație participă la ciclul substanțelor de pe Pământ. O parte din radiația solară este absorbită de plante și de unele organisme, care, după cum știm deja, sunt autotrofe, adică. auto-hrănire (hrana pentru ei este lumina soarelui). Ca urmare a procesului de fotosinteză, autotrofele leagă dioxidul de carbon atmosferic și apa, formând până la 150 de miliarde de tone de substanțe organice, asimilând până la 300 de miliarde de tone de CO 2 și eliberând anual aproximativ 200 de miliarde de tone de oxigen liber O 2 .

Substanțele organice rezultate sunt folosite ca hrană de oameni și ierbivore, care, la rândul lor, se hrănesc cu alți heterotrofe. Rămășițele vegetale și animale sunt apoi descompuse în substanțe anorganice simple, care pot participa din nou sub formă de CO 2 și H 2 O la fotosinteză. O parte din energia rezultată, inclusiv cea stocată sub formă de combustibil fosil, este folosită pentru consum de organismele vii, în timp ce o parte este disipată inutil în mediu. Prin urmare, procesul de fotosinteză, datorită capacității de a-i furniza energia și oxigenul necesar, este într-un anumit stadiu al dezvoltării biosferei Pământului un catalizator al evoluției viețuitoarelor.

Procesele de difuzie stau la baza metabolismului în celulă, ceea ce înseamnă că, cu ajutorul lor, aceste procese sunt efectuate la nivel de organ. Așa au loc procesele de absorbție în firele de păr ale plantelor, intestinele animalelor și ale oamenilor; schimbul de gaze în stomatele plantelor, plămânii și țesuturile oamenilor și animalelor, procesele excretorii.

Biologii studiază structura și studiul celulelor de mai bine de 150 de ani, începând cu Schleiden, Schwann, Purime și Virchow, care în 1855 au stabilit mecanismul creșterii celulelor prin divizarea acestora. S-a descoperit că fiecare organism se dezvoltă dintr-o singură celulă, care începe să se dividă și, ca urmare, se formează multe celule care sunt vizibil diferite unele de altele. Dar, din moment ce dezvoltarea organismului a început inițial de la diviziunea primei celule, la o etapă a ciclului nostru de viață păstrăm asemănări cu un strămoș unicelular foarte îndepărtat și se poate spune în glumă că este mai probabil să fi descins dintr-o amibă. decât de la o maimuță.

Organele se formează din celule, iar sistemul celular capătă calități pe care elementele sale constitutive nu le au, adică. celule individuale. Aceste diferențe se datorează setului de proteine sintetizate de o celulă dată. Există celule musculare, celule nervoase, celule sanguine (eritrocite), celule epiteliale și altele, în funcție de funcționalitatea lor. Diferențierea celulară are loc treptat în timpul dezvoltării organismului. În procesul de diviziune celulară, viața și moartea lor, înlocuirea continuă a celulelor are loc pe tot parcursul vieții organismului.

Nici o moleculă din corpul nostru nu rămâne neschimbată mai mult de câteva săptămâni sau luni. În acest timp, moleculele sunt sintetizate, își îndeplinesc rolul în viața celulei, sunt distruse și înlocuite cu alte molecule, mai mult sau mai puțin identice. Cel mai uimitor lucru este că organismele vii în ansamblu sunt mult mai constante decât moleculele care le alcătuiesc, iar structura celulelor și a întregului corp format din aceste celule rămâne neschimbată în acest ciclu non-stop, în ciuda înlocuirii componente individuale.

Mai mult, aceasta nu este o înlocuire a unor părți individuale ale mașinii, ci, așa cum compară S. Rose la figurat, caroseria cu o clădire din cărămidă, „din care un zidar nebun scoate continuu o cărămidă după alta noapte și zi și introduce altele noi. în locul lor. În același timp, aspectul exterior al clădirii rămâne același, dar materialul este înlocuit constant.” Ne naștem cu unii neuroni și celule și murim împreună cu alții. Un exemplu este conștiința, înțelegerea și percepția unui copil și a unei persoane în vârstă. Toate celulele conțin informații genetice complete pentru construirea tuturor proteinelor unui anumit organism. Stocarea și transmiterea informațiilor ereditare se realizează folosind nucleul celular.

Concluzie: Rolul permeabilității membranei plasmatice în viața celulară nu poate fi exagerat. Majoritatea proceselor asociate cu furnizarea energiei celulei, obținerea de produse și eliminarea produselor de degradare se bazează pe legile difuziei prin această barieră vie semi-permeabilă.

Osmoză- in esenta, simpla difuzie a apei din locuri cu o concentratie mai mare de apa catre locuri cu o concentratie mai mica de apa.

Transport pasiv– este transferul de substanțe din locuri cu un potențial electrochimic ridicat în locuri cu o valoare mai mică. Transferul moleculelor mici solubile în apă se realizează folosind proteine de transport speciale. Acestea sunt proteine transmembranare speciale, fiecare dintre acestea fiind responsabilă de transportul unor molecule specifice sau grupe de molecule înrudite.

Este adesea necesar să se asigure transportul moleculelor de-a lungul unei membrane împotriva gradientului lor electrochimic. Acest proces se numește transport activși este realizat de proteine purtătoare, a căror activitate necesită energie. Dacă conectați o proteină purtătoare cu o sursă de energie, puteți obține un mecanism care asigură transportul activ al substanțelor prin membrană.

II.6. Aplicarea difuziei.

Omul a folosit fenomenele de difuzie din cele mai vechi timpuri. Acest proces presupune gătitul și încălzirea locuinței. Întâmpinăm difuzie în timpul tratamentului termic al metalelor (sudură, lipire, tăiere, acoperire etc.); aplicarea unui strat subțire de metale pe suprafața produselor metalice pentru a crește rezistența chimică, rezistența, duritatea pieselor și dispozitivelor, sau în scopuri de protecție și decorative (galvanizare, cromare, nichelare).

Gazul natural inflamabil pe care îl folosim acasă pentru gătit nu are nici culoare, nici miros. Prin urmare, ar fi dificil să observați imediat o scurgere de gaz. Iar atunci când există o scurgere, gazul se răspândește în toată camera datorită difuziei. Între timp, la un anumit raport de gaz și aer într-o cameră închisă, se formează un amestec care poate exploda, de exemplu, dintr-un chibrit aprins. Gazul poate provoca, de asemenea, otrăvire.

Pentru a face vizibil fluxul de gaz într-o încăpere, la stațiile de distribuție gazul inflamabil este preamestecat cu substanțe speciale care au un miros puternic neplăcut care este ușor de perceput de om chiar și la concentrații foarte scăzute. Această precauție vă permite să observați rapid acumularea de gaz în cameră dacă apare o scurgere.

În industria modernă, se folosește formarea în vid, o metodă de fabricare a produselor din foi termoplastice. Un produs de configurația cerută se obține datorită diferenței de presiune rezultată din vidul din cavitatea matriței peste care este fixată foaia. Este utilizat, de exemplu, în producția de containere, piese de frigider și carcase pentru instrumente. Datorită difuziei în acest fel, este posibil să sudați ceva care este imposibil de sudat singur (metal cu sticlă, sticlă și ceramică, metale și ceramică și multe altele).

Datorită difuzării diferiților izotopi ai uraniului prin membranele poroase, combustibilul pentru reactoarele nucleare este tratat. Uneori combustibil nuclear numit combustibil nuclear.

Absorbția (resorbția) substanțelor atunci când sunt introduse în țesutul subcutanat, în mușchi sau atunci când sunt aplicate pe membranele mucoase ale ochiului, nasului sau pielii canalului auditiv are loc în principal din cauza difuziei. Aceasta este baza pentru utilizarea multor substanțe medicinale, iar absorbția în mușchi are loc mai rapid decât în piele.

Înțelepciunea populară spune: „tunde-ți părul în timp ce este rouă”. Spune-mi, ce legătură are difuzia și cositul de dimineață cu asta? Explicația este foarte simplă. În timpul rouei dimineții, ierburile au crescut presiunea turgenței, stomatele sunt deschise, iar tulpinile sunt elastice, ceea ce le face mai ușor de cosit (iarba cosită cu stomatele închise se usucă mai rău).

În horticultură, la înmugurirea și altoirea plantelor, calusul se formează pe secțiuni datorită difuziei (din latinescul Callus - calus) - țesut ranit sub formă de aflux în locurile afectate și favorizează vindecarea acestora, asigură fuziunea descendentului cu portaltoiul.

Calusul este folosit pentru a obține culturi de țesuturi izolate (explantare). Aceasta este o metodă de conservare și cultivare pe termen lung în medii nutritive speciale a celulelor, țesuturilor, organelor mici sau părților acestora izolate de corpul uman, animale și plante. Bazat pe metode de creștere a unei culturi de microorganisme care asigură asepsie, nutriție, schimb de gaze și îndepărtarea produselor metabolice ai obiectelor cultivate. Unul dintre avantajele metodei de cultură de țesuturi este capacitatea de a observa activitatea vitală a celulelor folosind un microscop. Pentru a face acest lucru, țesutul vegetal este crescut pe medii nutritive care conțin auxine și citokinine. Calusul constă de obicei din celule omogene slab diferențiate ale țesutului educațional, dar atunci când condițiile de creștere se schimbă, în special conținutul de fitohormoni din mediul nutritiv, este posibilă formarea de floem, xilem și alte țesuturi în acesta, precum și dezvoltarea diferitelor organe. și întreaga plantă.

II.7. Proiectarea experimentelor individuale.

Folosind literatura științifică, am încercat să repet experimentele care au fost cele mai interesante pentru mine. Am descris mecanismul de difuzie și rezultatele acestor experimente în prezentarea sub formă de modele de animație.

EXPERIENTA 1. Luați două eprubete: o jumătate umplută cu apă, cealaltă jumătate umplută cu nisip. Se toarnă apa într-o eprubetă cu nisip. Volumul unui amestec de apă și nisip dintr-o eprubetă este mai mic decât suma volumelor de apă și nisip.

EXPERIENTA 2. Umpleți până la jumătate un tub lung de sticlă cu apă, apoi turnați alcool colorat deasupra. Marcați nivelul general al lichidelor din tub cu un inel de cauciuc. După amestecarea apei cu alcoolul, volumul amestecului scade.

(Experimentele 1 și 2 demonstrează că există goluri între particulele de materie; în timpul difuziei, acestea sunt umplute cu particule de substanță extraterestră.)

EXPERIENTA 3. Aducem în contact o vată umezită cu amoniac cu o vată umezită cu indicatorul fenolftaleină. Observăm colorarea lânelor într-o culoare purpurie.

Acum, pe fundul unui vas de sticlă se pune o vată umezită cu amoniac, iar una umezită cu fenolftaleină. Atașați-l la capac și acoperiți vasul de sticlă cu acest capac. După ceva timp, vata înmuiată în fenolftaleină începe să se coloreze.

Ca urmare a interacțiunii cu amoniacul, fenolftaleina devine purpurie, ceea ce am observat când vata a intrat în contact. Dar de ce atunci, în al doilea caz, vată înmuiată în fenolftaleină. Este și vopsit, pentru că acum lânurile nu sunt aduse în contact? Răspuns: mișcare haotică continuă a particulelor de substanțe.

EXPERIENTA 4. Puneți o fâșie îngustă de hârtie de filtru înmuiată într-un amestec de pastă de amidon și soluție indicator de fenolftaleină de-a lungul peretelui în interiorul unui vas cilindric înalt. Puneți cristale de iod pe fundul vasului. Închideți ermetic vasul cu un capac din care se suspendă vată înmuiată în soluție de amoniac.

Datorită interacțiunii iodului cu amidonul, o culoare albastru-violet se ridică pe fâșia de hârtie. În același timp, o culoare purpurie se răspândește în jos - dovadă a mișcării moleculelor de amoniac. După câteva minute, limitele zonelor colorate ale hârtiei se vor întâlni, iar apoi culorile albastru și purpuriu se amestecă, adică are loc difuzia.[10]

EXPERIENTA 5.(petreceți-l împreună) Luați un ceas cu a doua mână, o bandă de măsurare, o sticlă de apă de toaletă și stați în diferite colțuri ale camerei. Se notează ora și deschide sticla. Altul notează momentul în care miroase a apa de toaletă. Măsurând distanța dintre experimentatori, găsim viteza de difuzie. Pentru acuratețe, experimentul se repetă de 3-4 ori și se găsește valoarea medie a vitezei. Dacă distanța dintre experimentatori este de 5 metri, atunci mirosul se simte după 12 minute. Adică viteza de difuzie în acest caz este de 2,4 m/min.

EXPERIENTA 6. DETERMINAREA VISCOZITĂȚII PLASMICE PRIN METODĂ DE PLASMOLISĂ (conform P.A. Genkel).

Viteza de avans plasmoliza convexă in celulele vegetale cand sunt tratate cu o solutie hipertanica, depinde de vascozitatea citoplasmei; cu cât vâscozitatea citoplasmei este mai mică, cu atât plasmoliza concavă se transformă mai repede în convexă. Vâscozitatea citoplasmei depinde de gradul de dispersie a particulelor coloidale și de hidratarea acestora, de conținutul de apă din celulă, de vârsta celulelor și de alți factori.

Progres. Faceți o secțiune subțire a epidermei dintr-o frunză de aloe sau smulgeți epiderma de pe solzii moi ale unei cepe. Secțiunile pregătite sunt colorate într-un pahar de ceas timp de 10 minute într-o soluție roșie neutră la o concentrație de 1:5000. Apoi, secțiunile obiectului sunt plasate pe o lamă de sticlă într-o picătură de zaharoză cu concentrație scăzută și acoperite cu o lamâie. La microscop, se notează starea de plasmoliză. În primul rând, plasmoliza concavă este observată în celule. Ulterior, această formă fie se păstrează, fie, cu viteză variabilă, se transformă într-o formă convexă. Este important de remarcat timpul de tranziție de la plasmoliza concavă la convexă. Perioada de timp în care plasmoliza concavă se transformă în plasmoliza convexă este un indicator al gradului de vâscozitate a protoplasmei. Cu cât timpul de tranziție la plasmoliza convexă este mai lung, cu atât vascozitatea plasmei este mai mare. Plasmoliza în celulele de ceapă începe mai repede decât în pielea de aloe. Aceasta înseamnă că citoplasma celulelor de aloe este mai vâscoasă.

EXPERIENTA 7. PLASMOLISĂ. DEPLASMOLISĂ. PENTRUL SUBSTANȚELOR ÎN VACUOL [2]

Unele substanțe organice pătrund destul de repede în vacuolă. În celule, când sunt păstrate în soluții de astfel de substanțe, plasmoliza se pierde relativ rapid și are loc deplasmoliza.

Deplasmoliza este refacerea turgenței în celule(adică fenomenul opus plasmolizei).

Progres. Secțiuni ale epidermei superioare de solzi colorați de ceapă (partea concavă) se pun într-o picătură de soluție I M de uree sau glicerol îngrășământ pentru plante direct pe o lamă de sticlă și se acoperă cu o lamă. După 15-30 de minute, obiectele sunt examinate la microscop. Celulele plasmolizate sunt clar vizibile. Lăsați secțiunile într-o picătură de soluție încă 30-40 de minute. Apoi se uită din nou la microscop și observă deplasmoliza - restabilirea turgenței.

Concluzie : Plantele nu pot controla clar cantitatea de substanțe chimice care intră și ies din celule.

III. Concluzie.

Legile difuziei guvernează procesele mișcărilor fizice și chimice ale elementelor din interiorul pământului și din Univers, precum și procesele vitale ale celulelor și țesuturilor organismelor vii. Difuzia joacă un rol important în diverse domenii ale științei și tehnologiei, în procesele care au loc în natura vie și neînsuflețită. Difuzia influențează cursul multor reacții chimice, precum și multe procese și fenomene fizico-chimice: membrană, evaporare, condensare, cristalizare, dizolvare, umflare, ardere, catalitică, cromatografică, luminiscente, electrice și optice în semiconductori, moderarea neutronilor în reactoare nucleare etc. . Difuzia este de mare importanță în formarea unui dublu strat electric la limitele de fază, foreza de difuzie și electroforeza, în procese fotografice pentru achizitia rapida a imaginilor etc. Difuzia serveste drept baza pentru multe operatiuni tehnice comune: pulberi de sinterizare, tratare chimico-termica a metalelor, metalizare si sudare a materialelor, tăbăcirea pieilor și blănurilor, vopsirea fibrelor, mișcarea gazelor cu ajutorul pompelor de difuzie. Rolul difuziei a crescut semnificativ datorită necesității de a crea materiale cu proprietăți prestabilite pentru dezvoltarea domeniilor tehnologiei (energie nucleară, astronautică, procese radiații și plasma-chimice etc.). Cunoașterea legilor care guvernează difuzia face posibilă prevenirea modificărilor nedorite ale produselor care apar sub influența sarcinilor și temperaturilor ridicate, radiațiilor și multe, multe altele...

Cum ar fi lumea fără difuzie? Opriți mișcarea termică a particulelor - și totul în jur va deveni mort!

În lucrarea mea, am rezumat materialul adunat pe tema rezumatului și am pregătit o prezentare realizată în editorul Power Point pentru apărarea acestuia. Această prezentare, după părerea mea, poate diversifica materialul de lecție pe această temă. Unele dintre experimentele descrise în literatură au fost repetate și ușor modificate de mine. Cele mai interesante exemple de difuzie sunt prezentate pe diapozitivele de prezentare în modele animate.

IV. Cărți folosite:

1. Antonov V.F., Chernysh A.M., Pasechnik V.I., et al. Biophysics.

M., Arktos-Vika-press, 1996

2. Afanasyev Yu.I., Yurina N.A., Kotovsky E.F. şi alţii.

M. Medicină, 1999.

3. Alberts B., Bray D., Lewis J. şi colab. Molecular biology of the cell.

În 3 volume. Volumul 1. M., Mir, 1994.

4. Marea Enciclopedie a lui Chiril și Metodiu 2006

5. Varikash V.M. si altele Fizica in natura vie. Minsk, 1984.

6. Demyankov E.N. Probleme în biologie. M. Vlados, 2004.

7. Nikolaev N.I. Difuzia în membrane. M. Chimie, 1980, p. 76

8. Peryshkin A.V. Fizică. 7. M. Buttard, 2004.

9. Dicționar enciclopedic fizic, M., 1983, p. 174-175, 652, 754

10. Shablovsky V. Fizica distractivă. Sankt Petersburg, „trigon” 1997, p.416

11.xttp//bio. fizten/ru./

12.xttp//markiv. narod.ru./

13. „http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%84%D1%84%D1%83%D0%B7%D0%B8%D1%8F” Categorii: Fenomene la nivel atomic | Fenomene termodinamice | Fenomene de transfer | Difuzie