Difüzyon ne işe yarar. Günlük yaşamda, doğada, katılarda difüzyon örnekleri. Çevredeki dünyada difüzyon örnekleri. Dersin amacının formülasyonu

Hiç tepenizde rastgele kaynaşan küçük, sinir bozucu tatarcıklar gördünüz mü? Bazen havada hareketsiz asılı duruyor gibi görünüyorlar. Bir yandan bu sürü hareketsizdir, diğer yandan içindeki böcekler sürekli sağa, sonra sola, sonra yukarı, sonra aşağı hareket eder, sanki görünmez bir kuvvet tutuyormuş gibi sürekli birbirleriyle çarpışır ve tekrar bu bulutun içine dağılırlar. onları birlikte.

Moleküllerin hareketleri benzer bir kaotik yapıya sahipken, vücut sabit bir şekli korur. Bu harekete moleküllerin termal hareketi denir.

Brown hareketi

1827'de ünlü İngiliz botanikçi Robert Brown, sudaki mikroskobik polen parçacıklarının davranışını incelemek için bir mikroskop kullandı. Parçacıkların sürekli olarak kaotik, mantıksal düzene meydan okuyan bir şekilde hareket ettiğine ve bu rastgele hareketin, içinde bulundukları sıvının hareketine veya buharlaşmasına bağlı olmadığına dikkat çekti. En küçük polen parçacıkları karmaşık, gizemli yörüngeleri tanımladı. Bu tür hareketin yoğunluğunun zamanla azalmaması ve ortamın kimyasal özellikleri ile ilgili olmaması, ancak yalnızca bu ortamın viskozitesi veya hareketli parçacıkların boyutu azaldığında artması ilginçtir. Ek olarak, sıcaklığın moleküllerin hareket hızı üzerinde büyük bir etkisi vardır: ne kadar yüksekse, parçacıklar o kadar hızlı hareket eder.

difüzyon

Uzun zaman önce, insanlar dünyadaki tüm maddelerin en küçük parçacıklardan oluştuğunu, yani iyonlar, atomlar, moleküller ve aralarında boşluklar olduğunu ve bu parçacıkların sürekli ve rastgele hareket ettiğini fark ettiler.

Difüzyon, moleküllerin termal hareketinin bir sonucudur. Örneklerini günlük hayatın hemen her yerinde görebiliriz: hem günlük hayatta hem de vahşi yaşamda. Bu, kokuların yayılması, çeşitli katı cisimlerin yapıştırılması, sıvıların karıştırılmasıdır.

Bilimsel terimlerle difüzyon, bir maddenin moleküllerinin başka bir maddenin molekülleri arasındaki boşluklara nüfuz etmesi olgusudur.

Gazlar ve difüzyon

Gazlardaki difüzyonun en basit örneği, kokuların (hem hoş hem de çok hoş olmayan) havada oldukça hızlı yayılmasıdır.

Gazlarda difüzyon son derece tehlikeli olabilir, çünkü bu fenomen nedeniyle karbon monoksit ve diğer zehirli gazlarla zehirlenme yıldırım hızında ilerler.

Gazlarda difüzyon hızlı bir şekilde, çoğunlukla birkaç saniye içinde gerçekleşirse, sıvılarda difüzyon tam dakikalar ve hatta bazen saatler alır. Yoğunluğa ve sıcaklığa bağlıdır.

Kısa sürede homojen çözeltiler oluşturan tuzların, alkollerin ve asitlerin çok hızlı çözünmesi buna bir örnektir.

katılarda difüzyon

En zor akar, normal oda veya sokak sıcaklığında görünmez. Tüm modern ve eski okul ders kitaplarında, kurşun ve altın plakalarla yapılan deneyler, katılarda difüzyon örneği olarak tanımlanır. Bu deney, ancak dört yıldan fazla bir süre sonra, önemsiz miktarda altının kurşuna girdiğini ve kurşunun altının içine en fazla beş milimetre derinliğe girdiğini gösterdi. Bu fark, kurşun yoğunluğunun altının yoğunluğundan çok daha yüksek olmasından kaynaklanmaktadır.

Sonuç olarak, difüzyonun hızı ve yoğunluğu, en azından maddenin yoğunluğuna ve moleküllerin kaotik hareketinin hızına bağlı değildir ve hız da sıcaklığa bağlıdır. Difüzyon, daha yüksek sıcaklıklarda daha yoğun ve daha hızlı ilerler.

Günlük yaşamda difüzyon örnekleri

Her gün hemen hemen her adımda difüzyon olgusuyla karşılaştığımız gerçeğini aklımıza bile getirmiyoruz. Bu nedenle bu fenomen fizikte en önemli ve ilginç olanlardan biri olarak kabul edilir.

Günlük hayatta difüzyonun en basit örneklerinden biri şekerin çay veya kahvede çözünmesidir. Bir bardak kaynar suya bir parça şeker konursa, bir süre sonra iz bırakmadan kaybolur, sıvının hacmi bile pratikte değişmez.

Etrafınıza dikkatlice bakarsanız, hayatımızı kolaylaştıran birçok difüzyon örneği bulabilirsiniz:

• çamaşır tozu, potasyum permanganat, tuzun çözünmesi;
• oda spreylerinin püskürtülmesi;
• boğaz için aerosoller;
• keten yüzeyindeki kiri yıkamak;
• sanatçı tarafından renklerin karıştırılması;
• hamur yoğurma;
• zengin et suları, çorbalar ve soslar, tatlı kompostolar ve meyve içecekleri pişirmek.

1638'de Moğolistan'dan dönen Büyükelçi Vasily Starkov, Rus Çarı Mikhail Fedorovich'e garip keskin bir aroması olan yaklaşık 66 kg kuru yaprak hediye etti. Hiç denememiş olan Moskovalılar bu kurutulmuş bitkiyi çok beğendiler ve hala zevkle kullanıyorlar. Onu tanıdın mı? Tabii ki, bu, difüzyon fenomeni nedeniyle demlenen çaydır.

Çevredeki dünyada difüzyon örnekleri

Çevremizdeki dünyada difüzyonun rolü çok büyüktür. Difüzyonun en önemli örneklerinden biri canlı organizmalarda kan dolaşımıdır. Havadaki oksijen, akciğerlerde bulunan kan kılcal damarlarına girer, daha sonra bunlarda çözülür ve tüm vücuda yayılır. Buna karşılık, karbondioksit kılcal damarlardan akciğerlerin alveollerine yayılır. Gıdalardan difüzyon yoluyla salınan besinler hücrelere nüfuz eder.

Otsu bitki türlerinde difüzyon, tüm yeşil yüzeyleri boyunca, daha büyük çiçekli bitkilerde yapraklar ve gövdeler aracılığıyla, çalılar ve ağaçlarda gövde, dal ve mercimek kabuğundaki çatlaklar yoluyla gerçekleşir.

Ek olarak, çevredeki dünyadaki bir difüzyon örneği, içinde çözünen su ve minerallerin bitkilerin kök sistemi tarafından topraktan emilmesidir.

Atmosferin alt tabakasının bileşiminin heterojen olmasının ve birkaç gazdan oluşmasının nedeni difüzyondur.

Ne yazık ki, kusurlu dünyamızda, "enjeksiyon" olarak da bilinen enjeksiyonun ne olduğunu bilmeyen çok az insan vardır. Bu tür ağrılı ancak etkili tedavi de difüzyon olgusuna dayanmaktadır.

Çevre kirliliği: toprak, hava, su kütleleri de doğada difüzyon örnekleridir.

Mavi gökyüzünde eriyen beyaz bulutlar, tüm zamanların şairleri tarafından çok sevilen - aynı zamanda ortaokul ve lise her öğrencisinin bildiği bir yayılımdır!

Dolayısıyla difüzyon, onsuz hayatımızın sadece daha zor değil, aynı zamanda neredeyse imkansız olacağı bir şeydir.

Dersin amacı:

• öğrencilerde difüzyon olgusu hakkında bir fikir oluşturmak;
• difüzyon olgusunun doğada, teknolojide ve günlük yaşamdaki önemini gösterir.
• fiziksel fenomenler ve kalıplar aracılığıyla sigara içmenin insan sağlığına ve çevreye verdiği zararın boyutunu anlamaya yardımcı olmak;
• öğrencileri sağlıklı bir yaşam tarzının gerekliliğine ikna etmek;

Görevler:

eğitici: Biçim:

• moleküllerin hareketi nedeniyle maddelerin karışması olgusu olarak difüzyon fikri.
• maddenin katı, sıvı ve gaz hallerinde difüzyonun gözlendiği fikri;
• günlük yaşamda doğada difüzyon anlamı fikri.

geliştirme:

• fiziksel ve matematiksel bir dil aracılığıyla düşüncelerini mantıksal olarak doğru bir şekilde ifade etmeyi öğrenmek;
• gözlemleme yeteneğini geliştirmek;
• deneyin seyrini analiz etme, temelde karşılaştırmalar yapma, ana şeyi vurgulama, mantıklı sonuçlar formüle etme becerisini geliştirmek;
• hızlı çalışma yeteneğini geliştirmek.

eğitici:

• günlük yaşamda doğada meydana gelen olayların özünü anlamak için teorik bilgiyi kullanma becerisini oluşturmak.
• öğrencilerin ekolojik ve estetik eğitim düzeylerini yükseltmek.

Ders için ekipman: Petri kapları, potasyum permanganat, cımbız, plastik bardaklar, kahve, soğuk ve ılık su.

Bir bilgisayar.

Dersler sırasında

1. Organizasyonel an.

Ders için sınıf hazırlığı.

2. Dersin amacını formüle etmek.

Bugün, maddenin moleküler yapısı ile ilgili hayatımızda çok ilginç ve önemli bir fenomeni öğreneceğiz. Tanışacağımız fenomen, canlı ve cansız doğada çok önemli bir rol oynuyor, günlük yaşamda, sağlığımızın difüzyon kavramı ile bağlantılı olup olmadığını ve nasıl öğreneceğiz? Bu fenomenle her adımda, her gün, hiç düşünmeden karşılaşıyoruz. Bu fenomene difüzyon denir.

Defterleri açın, dersin konusunu ve tarihini yazın.

3. Temel bilgilerin gerçekleştirilmesi.

Maddelerin yapısı hakkında önceki derslerde öğrendiklerinizi hatırlayalım.

Yüz yüze anket yapılıyor:

Maddenin yapısıyla ilgili ilk varsayımlar ne zaman ortaya çıktı?

Hangi deneyler, maddelerin tek tek parçacıklardan oluştuğunu doğrular?

Parçacıklar arasındaki mesafe değiştiğinde bir cismin hacmi nasıl değişir?

Molekül nedir?

Moleküllerin boyutu hakkında ne biliyorsun?

Moleküller hangi parçacıklardan oluşur?

Aynı maddenin molekülleri aynı mıdır? Farklı maddeler?

4. yeni materyal

1) Difüzyon kavramı.

Öğretmen: (Vladimir Soloukhin'in çalışmasından bir alıntı okur) "Üçüncü Av."

Sarımsak hakkında.

Kitaplarda birçok kez sarımsaklı mantardan veya daha basit olarak sarımsaktan bahsedildiğini gördüm. Bu mantarın sarımsak kokusu olduğu ve ondan et yemekleri için çeşitli çeşniler ve soslar yapılabileceği söylendi.

... Bir mantarı mekanik olarak çimdikledim, mekanik olarak parmaklarımın arasında ovaladım ve aniden, reçine ve çam iğneleriyle kokulu ıslak köknar ağaçlarının arasına bir bulut gibi, belirgin, güçlü bir taze sarımsak kokusu yayıldı. O kadar beklenmedik bir şeydi ki... Sepet mantar değil de ezilmiş sarımsak gibi kokuyordu...

…Bu gün eve olağanüstü bir ganimetle geldim. Mantarları tavaya koymak korkutucuydu. Ancak beklentilerin aksine çok baharatlı ve kokulu bir yemek olduğu ortaya çıktı.

Parçayı okuduktan sonra şu soru sorulur: Sizce neden bütün yiyecekler sarımsak gibi kokar?

Öğrencilerin varsayımlarından ve cevaplarından öğretmen bir açıklama yapar: Maddelerin molekülleri hareket eder ve aralarında nüfuz eder.

Difüzyon tanımlanır:

Bir maddenin moleküllerinin diğerinin molekülleri arasında karşılıklı penetrasyonunun olduğu olguya difüzyon denir.

2) difüzyonun nedenleri ve modelleri.

Gazlarda difüzyona bakalım. Hadi bir deney yapalım. Sınıfta deodorant püskürtüyoruz.

Çocuklar, deodorantın kokusunu aldınız mı?

Kokuların uzayda yayılması neden mümkündür?

Kokuların yayılması, maddelerin moleküllerinin hareketi nedeniyle mümkündür. Bu hareket sürekli ve düzensizdir. Havayı oluşturan gaz molekülleri ile çarpışan deodorant molekülleri, hareketlerinin yönünü birçok kez değiştirir ve rastgele hareket ederek odaya dağılır.

Lütfen difüzyonun nedeni hakkında bir sonuç çıkarınız.

Difüzyonun nedeni: Bir maddenin molekülleri sürekli ve rastgele hareket halindedir.

Bu ifadeyi bir deftere yazalım.

Gazlarda difüzyon sürecini gözlemledik. Sıvılarda difüzyon mümkün müdür?

Sulu petriler sofralarınızda. Suya birkaç kristal potasyum permanganat atın. unutma güvenlik önlemleri: Potasyum permanganat kristallerinin cilt ve mukoza zarlarıyla temasından kaçının.

Ne gözlemliyorsunuz?

Potasyum permanganat kristalleri hızla çözülür mü? Neden? Niye?

Potasyum permanganat kristallerinin suda çözünmesine ne sebep olur?

Katılarda difüzyon mümkün müdür?

Sana bir örnek vereceğim. Cilalı kurşun ve altın plakaları üst üste konur ve bir yük ile sıkıştırılırsa, normal oda sıcaklığında (yaklaşık 20 ° C) 5 yıl içinde altın ve kurşun karşılıklı olarak sadece yaklaşık 1 mesafede birbirine nüfuz eder. mm.

Bu örnekten nasıl bir sonuç çıkarılabilir?

Katılarda difüzyon son derece yavaştır.

Neden düşünüyorsun?

Doğada katılarda difüzyonun nasıl gerçekleştiğini görelim.

Gazlarda, sıvılarda ve katılarda difüzyonun değerlendirilmesinin sonuçlarından hangi sonuç çıkarılabilir?

Herhangi bir kümelenme durumundaki maddelerin molekülleri sürekli hareket eder, yani. Difüzyon gazlarda, sıvılarda ve katılarda meydana gelir.

Ve maddenin çeşitli toplu hallerindeki difüzyon hızı hakkında ne söylenebilir?

Gaz molekülleri serbesttir, moleküller arasındaki mesafe moleküllerin boyutundan çok daha fazla olduğu için yüksek hızlarda hareket ederler. Sıvıların molekülleri, gazlarda olduğu gibi rastgele düzenlenir, ancak birbirlerine göre çok daha yoğundur ve bu nedenle birbirleriyle gazlardan daha güçlü bir şekilde etkileşime girerler. Komşu moleküllerle çevrili olan her molekül, tek bir yerde zamanı işaretliyor ve sıvının içinde yavaşça hareket ediyor gibi görünüyor. Katıların molekülleri katı bir düzende düzenlenir ve bir katının şeklinin ve hacminin korunmasını sağlayan uzaysal bir kafes oluşturur. Katı bir cismin parçacıkları, çok uzun bir süre değişmeden kalan denge konumu etrafında salınır. Difüzyon gazlarda en hızlı, sıvılarda en yavaş ve katılarda en yavaş gerçekleşir.

Böylece, difüzyon yasalarından biriyle tanıştık:

1. Difüzyon, farklı kümelenme durumlarında, ancak farklı hızlarda olan maddelerde ilerler. Difüzyon gazlarda en hızlı, sıvılarda en yavaş ve katılarda en yavaş gerçekleşir.

Bu ifadeyi defterinize yazın.

Başka bir deney yapalım:

Aynı miktarda suyu iki özdeş bardağa, ancak farklı sıcaklıklarda dökün. . Unutma güvenlik hakkında.

Bardaklara birkaç tane hazır kahve atın. Neler olduğunu izleyin.

Burada yayılma var mı? Neden? Niye?

Bir bardak soğuk su ve ılık sudaki difüzyon hızı hakkında ne söyleyebilirsiniz?

Etkileşen cisimlerin molekülleri daha hızlı hareket etmeye başladığından, artan sıcaklıkla difüzyon hızı artar.

Vücut sıcaklığındaki artışla difüzyon süreci daha hızlıdır.

Bu ifadeyi defterinize yazın.

3. Difüzyon uygulaması.

Öğrenci mesajları:

1. Difüzyonun insan sindirimi ve solunumdaki rolü .(Krivonosova A)

Sunumlar:

bir. " Difüzyonun insan sindirimi ve solunumdaki rolü»

Difüzyon nedeniyle besinlerin bağırsakta emilim süreci mümkündür.

Ama bir insan nasıl nefes alır? İnsanlarda, vücudun tüm yüzeyi, topukların en kalın epidermisinden saçla kaplı kafa derisine kadar nefes almaya katılır. Göğüs, sırt ve karın bölgesindeki cilt özellikle yoğun bir şekilde nefes alır. İlginç bir şekilde, derinin bu bölgeleri, solunum yoğunluğu açısından akciğerleri önemli ölçüde aşmaktadır. Aynı büyüklükteki solunum yüzeyi ile burada oksijen %28 oranında emilebilir ve karbondioksit bile akciğerlerden %54 daha fazla salınabilir. Bununla birlikte, tüm solunum sürecinde, akciğerlerin toplam yüzey alanı, 700 milyon alveolün tümü genişlerse, duvarlarından gaz alışverişi yapan mikroskobik kabarcıklar nedeniyle, akciğerlere kıyasla cildin katılımı ihmal edilebilir. hava ve kan arasında oluşur, yaklaşık 90-100 metrekaredir ve insan derisinin toplam yüzey alanı yaklaşık 2 metrekaredir, yani 45-50 kat daha azdır.

Difüzyon nedeniyle, akciğerlerden gelen oksijen insan kanına ve kandan dokulara nüfuz eder.

2. Difüzyonun tıpta uygulanması. Cihaz "yapay böbrek"

30 yıldan fazla bir süre önce Alman doktor William Kolf "yapay böbrek" cihazını kullandı. O zamandan beri kullanılmaktadır: akut zehirlenme için acil kronik bakım için; kronik böbrek yetmezliği olan hastaları böbrek nakline hazırlamak; kronik böbrek hastalığı olan hastaların uzun süreli (10-15 yıl) yaşam desteği için.

"Yapay böbrek" cihazının kullanımı daha çok terapötik bir prosedür haline gelir, cihaz hem klinikte hem de evde kullanılır. Cihazın yardımıyla alıcı, 1965 yılında Academician B.V. tarafından gerçekleştirilen dünyanın ilk başarılı böbrek nakli için hazırlandı. Petrovsky.

Cihaz, kanın yarı geçirgen bir zar aracılığıyla tuzlu bir çözelti ile temas halinde olduğu bir hemodiyalizördür. Ozmotik basınçlardaki farklılık nedeniyle, metabolik ürünlerin (üre, ürik asit) iyonları ve molekülleri ile vücuttan atılması gereken çeşitli toksik maddeler, zardan kandan tuzlu çözeltiye geçer. Cihaz, kan ve diyalizatın karşı akışlarda yavaşça hareket ettiği ince selofan membranlarla ayrılmış düz kanallardan oluşan bir sistemdir - CO2 + O2 gaz karışımı ile zenginleştirilmiş bir salin solüsyonu Cihaz hastanın dolaşım sistemine bağlıdır. Bu, yetersiz böbrek fonksiyonu durumunda, yani azotlu cüruflardan kanın temizlenmesini sağlar. kan kimyası düzenlenir.

3. Difüzyonun zararlı tezahürü (Redkozubov A)

Sunum "Difüzyonun zararlı tezahürü"

İşletmelerin bacaları atmosfere karbondioksit, azot oksitler ve kükürt salmaktadır. Atmosferdeki fazla karbondioksit, Dünya'nın canlı dünyası için tehlikelidir, doğadaki karbon döngüsünü bozar ve asit yağmurlarının oluşmasına neden olur. Difüzyon süreci nehirlerin, denizlerin ve okyanusların kirlenmesinde önemli bir rol oynar. Dünyada endüstriyel ve evsel atıksuların yıllık deşarjı yaklaşık 10 trilyon tondur.

Su kütlelerinin kirlenmesi, içlerinde yaşamın kaybolmasına ve içme için kullanılan suyun arıtılması gerekmesine yol açar, bu da çok pahalıdır. Ayrıca, ısı salınımı ile kirli sularda kimyasal reaksiyonlar meydana gelir. Suyun sıcaklığı yükselirken sudaki oksijen içeriği azalır, bu da suda yaşayan organizmalar için kötüdür. Artan su sıcaklıkları nedeniyle, birçok nehir artık kışın donmuyor.

Endüstriyel borulardan, termik santrallerin borularından zararlı gazların emisyonunu azaltmak için özel filtreler kurulur. Su kütlelerinin kirlenmesini önlemek için kıyılara çöp, yemek atıkları, gübre ve çeşitli kimyasalların atılmamasını sağlamak gerekir.

Sigara içenler yılda "duman", yani atmosfere 720 ton hidrosiyanik asit, 384.000 ton amonyak, 108.000 ton nikotin, 600.000 ton katran ve 550.000 tondan fazla karbon monoksit yayarlar.Yılda Dünya'daki toplam izmarit kütlesi 2.520.000 ton Dünya'yı saran, ultraviyole ışınları tutar.Ortalama olarak, tütünün içerdiği her türlü maddenin sigara içme sırasında %25'i yanar ve yok olur, %50'si çevreye girer, %20'si sigara içen kişinin vücuduna girer ve sadece %5'i kalır. sigara filtresinde.

Tütün dumanının sıcaklığı, sigara içme sırasında ağza giren havanın sıcaklığından 35-40 derece daha yüksektir ve bu da ağızda oldukça keskin bir sıcaklık düşüşüne neden olur. Bir sigara içerken, diş minesinin durumu için kötü olan 15-20 değişiklik meydana gelir: çatlar. Bu nedenle sigara içenlerin dişleri, içmeyenlerin dişlerinden daha erken çürür. Tütün dumanının gaz halindeki kısmı, soğutulduğunda sıvı hale dönüşen gaz halinde katran içerir, yani. yoğunlaşır. Aynı zamanda parmaklara, dişlere, solunum yollarının duvarlarına, akciğerlere yerleşir, mideye girer. Bir paket sigara içerken, sigara içen biri yaklaşık 1 gram sıvı katran üretir.

Öğretmen: (çıktı)

Cansız doğada difüzyonun öneminin ne kadar büyük olduğunu ve bu fenomen olmasaydı canlı organizmaların varlığının imkansız olacağını görüyoruz. Ne yazık ki, bu olgunun olumsuz tezahürü ile uğraşmak zorundayız, ancak daha birçok olumlu faktör var ve bu nedenle doğada difüzyonun büyük öneminden bahsediyoruz.

5. Sabitleme

Ölçek Herkes için kağıtlara basılmıştır (5 dakika)

1. Aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

A) Sadece gazlar moleküllerden oluşur

B) Sadece sıvılar moleküllerden oluşur

C) Tüm cisimler moleküllerden oluşur

2. Aynı sıcaklıklarda hangi cisimlerde difüzyon daha hızlı gerçekleşir?

A) gazlarda

B) sıvılarda

B) katılarda

3. Difüzyon süreci neyi kanıtlıyor?

A) Moleküllerin birbirleriyle etkileşime girmesi

b) Moleküllerin atomlardan oluştuğunu

C) Moleküllerin sürekli rastgele hareket etmesi

4. Difüzyon hızı sıcaklığa nasıl bağlıdır?

A) bağımlı değildir

B) Maddenin sıcaklığı ne kadar düşükse, hızı o kadar düşük olur

C) Maddenin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, hızı o kadar düşük olur

5. Madde moleküllerinin hareketini hangi fenomen kanıtlıyor?

A) Brown hareketi

B) mekanik hareket

C) cevapların hiçbiri doğru değil

6. Ödev: paragraf 9, ödev numarası 2.

Meraklılar için, 172. sayfadaki 1. paragrafa bakın.

Eserin metni, resim ve formüller olmadan yerleştirilmiştir.
Çalışmanın tam sürümü "İş Dosyaları" sekmesinde PDF formatında mevcuttur.

giriiş

İşin alaka düzeyi. Difüzyon, doğanın temel bir olgusudur. Madde ve enerji dönüşümlerinin temelini oluşturur. Tezahürleri, temel parçacıklar, atomlar ve moleküller seviyesinden başlayıp jeosfer ile biten gezegenimizdeki doğal sistemlerin tüm organizasyon seviyelerinde gerçekleşir. Teknolojide, günlük yaşamda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Difüzyonun özü, maddelerin transferine ve konsantrasyonların eşitlenmesine veya ortamda belirli bir tipteki parçacıkların bir denge dağılımının kurulmasına yol açan ortam parçacıklarının hareketidir. Moleküllerin ve atomların difüzyonu, termal hareketlerinden kaynaklanır.

Difüzyon aynı zamanda, temel parçacıklar seviyesinden (elektronik difüzyon) biyosferik seviyeye (biyosferdeki maddelerin dolaşımı) kadar herhangi bir organizasyon seviyesinde canlı sistemlerin işleyişinin altında yatan temel bir süreçtir.

Doğada, insan yaşamında ve teknolojide büyük rol oynar. Difüzyon süreçlerinin insan ve hayvanların yaşamı üzerinde hem olumlu hem de olumsuz etkileri olabilir. Olumlu bir etkiye bir örnek, Dünya yüzeyinin yakınında homojen bir atmosferik hava bileşiminin korunmasıdır. Difüzyon, bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarında, canlı ve cansız doğada meydana gelen süreçlerde önemli bir rol oynar. Kimyasal reaksiyonların seyrini etkiler.

Difüzyonun katılımıyla veya bu sürecin ihlali ve değişmesiyle, insan teknik ilerleme ürünleri tarafından çevrenin kapsamlı kirlenmesi gibi doğada ve insan yaşamında olumsuz olaylar meydana gelebilir.

Amaç: Gazlarda, sıvılarda ve katılarda difüzyonun özelliklerini incelemek ve difüzyonun insan tarafından kullanımını ve difüzyonun doğadaki tezahürünü bulmak, difüzyon süreçlerinin doğadaki ekolojik denge üzerindeki etkisini ve insanın difüzyon üzerindeki etkisini değerlendirmek süreçler.

difüzyon özü

Sınıfın bir köşesine deodorant püskürterek gazlardaki difüzyonu gösterir. Kokunun yayılması, moleküllerin hareketi ile açıklanır. Bu hareket sürekli ve düzensizdir. Havayı oluşturan gaz molekülleri ile çarpışan deodorant molekülleri, hareketlerinin yönünü birçok kez değiştirir ve rastgele hareket ederek odaya dağılır.

Kaotik hareket nedeniyle bir maddenin parçacıklarının (moleküller, atomlar, iyonlar) başka bir maddenin parçacıkları arasına nüfuz etme işlemine denir. yayılma(lat. diffusio'dan - yayılma, yayılma, saçılma). Bu nedenle, difüzyon, herhangi bir mekanik eylemin, tüm madde parçacıklarının kaotik hareketinin sonucudur.

Difüzyon sırasında parçacıkların hareketi tamamen rastgeledir, tüm yer değiştirme yönleri eşit derecede olasıdır,

Parçacıklar gazlarda, sıvılarda ve katılarda hareket ettiğinden bu maddelerde difüzyon mümkündür. Difüzyon, homojen olmayan bir atom veya çeşitli tiplerdeki moleküllerin konsantrasyonunun kendiliğinden hizalanması nedeniyle bir maddenin transferidir. Çeşitli gazların bölümleri kaba verilirse, bir süre sonra tüm gazlar eşit olarak karıştırılır: kabın birim hacmi başına her türden molekül sayısı sabit hale gelir, konsantrasyon düzleşir.Difüzyon aşağıdaki gibi açıklanır. İlk olarak, iki gövde arasında, iki ortam arasındaki arayüz açıkça görülebilir (Şekil 1a). Daha sonra, hareketleri nedeniyle, sınır değişim yerlerinin yakınında bulunan bireysel madde parçacıkları.

Maddeler arasındaki sınır bulanıklaşıyor (Şekil 1b). Başka bir maddenin tanecikleri arasına nüfuz ettikten sonra, birinci maddenin tanecikleri, giderek daha derin katmanlarda bulunan ikinci maddenin tanecikleri ile yer değiştirmeye başlar. Maddeler arasındaki arayüz daha da belirsiz hale gelir. Parçacıkların sürekli ve rastgele hareketi nedeniyle, bu süreç sonunda kaptaki çözeltinin homojen hale gelmesine neden olur (Şekil 1c).

Şekil 1. Difüzyon olgusunun açıklaması.

Doğada difüzyon

Difüzyon yardımıyla havada çeşitli gaz halinde maddeler yayılır: örneğin, bir yangının dumanı uzun mesafelere yayılır.

Bu fenomenin sonucu, havalandırma sırasında odadaki sıcaklığın eşitlenmesi olabilir. Aynı şekilde zararlı endüstriyel ürünler ve araç egzoz gazları ile hava kirliliği oluşmaktadır. Evde kullandığımız doğal yanıcı gaz renksiz ve kokusuzdur. Bir sızıntı durumunda, bunu fark etmek imkansızdır, bu nedenle dağıtım istasyonlarında gaz, bir kişi tarafından kolayca hissedilen keskin, hoş olmayan bir kokuya sahip özel bir madde ile karıştırılır.

Difüzyon olgusu nedeniyle, atmosferin alt tabakası - troposfer - bir gaz karışımından oluşur: azot, oksijen, karbondioksit ve su buharı. Difüzyonun yokluğunda, yerçekimi etkisi altında tabakalaşma meydana gelir: altta, üstünde - oksijen, üstünde - nitrojen - atıl gazlardan oluşan bir ağır karbon dioksit tabakası olacaktır.

Gökyüzünde de bu fenomeni gözlemliyoruz. Saçılma bulutları da bir difüzyon örneğidir ve F. Tyutchev'in bunun hakkında tam olarak nasıl söylediği: “Bulutlar gökyüzünde eriyor ...”

Sıvılarda difüzyon, gazlardan daha yavaş ilerler, ancak bu süreç ısıtma ile hızlandırılabilir. Örneğin, salatalıkları hızlı bir şekilde turşu yapmak için sıcak tuzlu su ile dökülürler. Soğuk çayda şekerin sıcak çaydan daha yavaş çözüldüğünü biliyoruz.

Yaz aylarında, karıncaları izlerken, onlar için çok büyük olan dünyada eve dönüş yolunu nasıl bulduklarını hep düşündüm. Bu gizemin de difüzyon olgusuyla açıldığı ortaya çıkıyor. Karıncalar yollarını kokulu sıvı damlacıklarıyla işaretler.

Difüzyon sayesinde böcekler yiyeceklerini bulurlar. Bitkiler arasında çırpınan kelebekler her zaman güzel bir çiçeğe giden yolu bulur. Arılar, tatlı bir nesne bulduktan sonra, sürüleriyle ona saldırır.

Ve bitki büyür, difüzyon sayesinde onlar için de çiçek açar. Sonuçta bir bitkinin hava soluduğunu ve soluduğunu, su içtiğini ve topraktan çeşitli mikro katkı maddeleri aldığını söylüyoruz.

Etoburlar da avlarını difüzyon yoluyla bulurlar. Köpekbalıkları, piranha balıklarının yanı sıra birkaç kilometre mesafeden kan kokusu alır.

Çevrenin ekolojisi, atmosfere, kimyasal ve diğer zararlı maddelerin suya salınması nedeniyle bozulmakta ve tüm bunlar geniş alanlara yayılıp kirletmektedir. Ancak ağaçlar oksijeni serbest bırakır ve difüzyon yoluyla karbondioksiti emer.

Nehirlerin denize döküldüğü yerde tatlı su ile tuzlu suyun karıştırılması difüzyon ilkesine dayanır. Topraktaki çeşitli tuzların çözeltilerinin difüzyonu, bitkilerin normal beslenmesine katkıda bulunur.

Verilen tüm örneklerde, maddelerin moleküllerinin karşılıklı penetrasyonunu gözlemliyoruz, yani. difüzyon. İnsan ve hayvan vücudundaki birçok fizyolojik süreç bu sürece dayanır: solunum, emilim vb. Genel olarak, difüzyon doğada büyük önem taşır, ancak bu fenomen çevre kirliliği ile ilgili olarak da zararlıdır.

2.1 Bitki dünyasında difüzyon

K.A. Timiryazev, “Kökün topraktaki maddelerle beslenmesinden bahsetsek de, yaprakların atmosferden dolayı hava beslenmesinden ya da bir organın diğerinden dolayı beslenmesinden bahsetsek de, komşu olan her yerde konuşacağız. açıklama için aynı nedenlere başvurunuz. : yayılma".

Gerçekten de, bitki dünyasında difüzyonun rolü çok önemlidir. Örneğin, ağaçların yaprak taçlarının büyük gelişimi, yaprakların yüzeyinden difüzyon değişiminin sadece solunum işlevini değil, aynı zamanda kısmen beslenme işlevini de gerçekleştirmesiyle açıklanır. Şu anda, meyve ağaçlarının yaprak üst pansumanı, taçlarına püskürtülerek yaygın olarak uygulanmaktadır.

Diffüz süreçler, doğal su kütlelerine ve akvaryumlara oksijen sağlanmasında önemli bir rol oynar. Oksijen durgun sularda suyun daha derin katmanlarına serbest yüzeylerinden difüzyon nedeniyle girer. Bu nedenle, suyun serbest yüzeyinde herhangi bir kısıtlama istenmez. Bu nedenle, örneğin, suyun yüzeyini kaplayan yapraklar veya su mercimeği, oksijenin suya erişimini tamamen durdurabilir ve sakinlerinin ölümüne yol açabilir. Aynı nedenle dar boyunlu kaplar akvaryum olarak kullanılmaya uygun değildir.

Metabolizma sürecinde, karmaşık besinler veya elementleri daha basit olanlara parçalandığında, vücudun yaşamı için gerekli olan enerji açığa çıkar.

2.2 Bitki beslemede difüzyonun rolü.

Canlı organizmalarda difüzyon süreçlerinde ana rol, seçici geçirgenliğe sahip hücre zarları tarafından oynanır. Maddelerin zardan geçişi şunlara bağlıdır:

Molekül boyutları;

Elektrik şarjı;

Su moleküllerinin varlığından ve sayısından;

Bu parçacıkların yağlardaki çözünürlüğünden;

Membranın yapısından.

Difüzyonun iki şekli vardır: a) diyalizçözünen moleküllerin difüzyonudur; b) ozmoz bir çözücünün yarı geçirgen bir zardan difüzyonudur. Toprak çözeltileri mineral tuzlar ve organik bileşikler içerir. Topraktan gelen su, kök kıllarının yarı geçirgen zarlarından ozmoz yoluyla bitkiye girer. Topraktaki su konsantrasyonu kök kıllarının içindekinden daha fazladır, bu nedenle daha yoğun olan bölgeden daha az yoğun olan bölgeye difüzyon olur. Daha sonra bu hücrelerdeki su konsantrasyonu, üsttekilerden daha yüksek hale gelir - kök basıncı yükselir, kökler ve gövde boyunca yukarı doğru bir meyve suyu akışına neden olur ve yapraklar tarafından su kaybı, suyun daha fazla emilmesini sağlar.

Mineral maddeler bitkiye girer: a) difüzyon yoluyla; b) bazen enerji tüketimi ile birlikte konsantrasyon gradyanına karşı aktif transfer yoluyla. Ayrıca orada turgor basıncı hücre içeriğinin hücre duvarına yaptığı basınçtır. Neredeyse her zaman öz hücrenin ozmotik basıncından daha düşüktür, çünkü. dışarısı saf su değil, tuzlu su çözeltisidir. Turgor basınç değeri:

Bir bitki organizmasının formunun korunması;

Genç bitki hücrelerinde büyümenin sağlanması;

Bitki esnekliğinin korunması (kaktüs ve aloe bitkilerinin gösterilmesi);

Güçlendirici kumaşın yokluğunda şekillendirme (bir domatesin gösterimi);

Difüzyonun tıpta uygulanması.

30 yıldan fazla bir süre önce Alman doktor William Kolf "yapay böbrek" cihazını kullandı. O zamandan beri kullanılmaktadır: akut zehirlenme için acil kronik bakım için; kronik böbrek yetmezliği olan hastaları böbrek nakline hazırlamak; kronik böbrek hastalığı olan hastaların uzun süreli (10-15 yıl) yaşam desteği için.

"Yapay böbrek" cihazının kullanımı daha çok terapötik bir prosedür haline gelir, cihaz hem klinikte hem de evde kullanılır. Cihazın yardımıyla alıcı, 1965 yılında Academician B.V. tarafından gerçekleştirilen dünyanın ilk başarılı böbrek nakli için hazırlandı. Petrovsky.

Cihaz, kanın yarı geçirgen bir zar aracılığıyla tuzlu bir çözelti ile temas halinde olduğu bir hemodiyalizördür. Ozmotik basınçlardaki farklılık nedeniyle, metabolik ürünlerin (üre, ürik asit) iyonları ve molekülleri ile vücuttan atılması gereken çeşitli toksik maddeler, zardan kandan tuzlu çözeltiye geçer. Cihaz, kan ve diyalizatın karşı akışlarda yavaşça hareket ettiği ince selofan membranlarla ayrılmış düz kanallardan oluşan bir sistemdir - CO 2 + O 2 gaz karışımı ile zenginleştirilmiş bir salin solüsyonu Cihaz, hastanın dolaşım sistemine kateterler kullanılarak bağlanır. diyalizat içine yerleştirilmiş) ve ulnar (çıkış) damarı. Diyaliz 4-6 saat sürer.Bu, yetersiz böbrek fonksiyonu, yani. kan kimyası düzenlenir.

Biyoloji öğretmeni: Aşağıdaki mesaj difüzyon, ozmoz ve diyaliz biçimlerini anlamanıza ve anlamanıza yardımcı olacaktır.

Difüzyonun teknolojide ve günlük yaşamda uygulanması

Difüzyon, endüstride ve günlük yaşamda geniş uygulama alanı bulur. Metallerin difüzyon kaynağı, difüzyon olgusuna dayanır. Lehim, elektrot ve akı kullanmadan difüzyon kaynağı yöntemi metalleri, metal olmayanları, metalleri ve metal olmayanları, plastikleri birleştirir. Parçalar, güçlü bir vakum ile kapalı bir kaynak odasına yerleştirilir, sıkılır ve 800 dereceye kadar ısıtılır. Bu durumda, temas eden malzemelerin yüzey katmanlarında atomların yoğun karşılıklı difüzyonu meydana gelir. Difüzyon kaynağı esas olarak elektronik ve yarı iletken endüstrilerinde, hassas mühendislikte kullanılır.

Katı öğütülmüş malzemeden çözünür maddeleri çıkarmak için bir difüzyon cihazı kullanılır. Bu tür aparatlar esas olarak şeker pancarı üretiminde kullanılır ve su ile birlikte ısıtılan pancar cipslerinden şeker suyu elde etmek için kullanılır.

Nükleer reaktörlerin çalışmasında önemli bir rol, nötron difüzyonu, yani atom çekirdeği ile çarpışmaların bir sonucu olarak hareketlerinin yönü ve hızında çoklu bir değişiklik ile birlikte nötronların madde içinde yayılması ile oynanır. Nötronların bir ortamdaki difüzyonu, atomların ve moleküllerin gazlardaki difüzyonuna benzer ve aynı yasalara uyar.

Yarı iletkenlerdeki taşıyıcıların difüzyonunun bir sonucu olarak, bir elektrik akımı ortaya çıkar.Yarı iletkenlerdeki yük taşıyıcıların hareketi, konsantrasyonlarının homojen olmamasından kaynaklanır. Örneğin bir yarı iletken diyot oluşturmak için indiyum, germanyumun yüzeylerinden birinde eritilir. İndiyum atomlarının germanyum tek kristalinin derinliklerine difüzyonu nedeniyle, içinde önemli bir akımın minimum dirençle akabileceği bir p-n geçişi oluşur.

Difüzyon fenomeni metalizasyon işlemine dayanır - metalize edilen malzemenin özelliklerinden farklı olarak bir nesnenin yüzeyini bir metal veya alaşım tabakasıyla kaplayarak ona fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikler kazandırır. Ürünleri korozyondan, aşınmadan korumak, kontak elektriksel iletkenliğini arttırmak, dekoratif amaçlı, örneğin karbonlama, çelik parçaların sertliğini ve ısı direncini arttırmak için kullanılır. Çelik parçaların, bir termal fırına yerleştirilmiş grafit tozu içeren bir kutuya yerleştirilmesinden oluşur. Difüzyon nedeniyle, karbon atomları parçaların yüzey tabakasına nüfuz eder. Penetrasyon derinliği, ısıl fırındaki parçaların sıcaklığa ve maruz kalma süresine bağlıdır.

Doğada difüzyonun seyri üzerinde insan etkisi.

Ne yazık ki insan uygarlığının gelişmesi sonucunda doğa ve içinde gerçekleşen süreçler üzerinde olumsuz bir etki söz konusudur. Difüzyon süreci nehirlerin, denizlerin ve okyanusların kirlenmesinde önemli bir rol oynar. Örneğin, örneğin Odessa'da kanalizasyona akan deterjanların, yayılma ve mevcut akıntılar nedeniyle Türkiye kıyılarına çıkacağından emin olabilirsiniz. Dünyadaki endüstriyel ve evsel atık suların yıllık deşarjının on trilyonlarca ton olduğu tahmin edilmektedir. İnsanın doğadaki difüzyon süreçleri üzerindeki olumsuz etkisine bir örnek, farklı su kütlelerinin havzalarında meydana gelen büyük ölçekli kazalardır. Bu fenomenin bir sonucu olarak, petrol ve işlenmesinin ürünleri suyun yüzeyine yayılır ve bunun sonucunda difüzyon süreçleri bozulur, örneğin: oksijen su sütununa girmez ve balıklar oksijensiz ölür.

Difüzyon olgusu nedeniyle, hava çeşitli fabrikalardan gelen atıklarla kirlenir, bu nedenle zararlı insan atıkları toprağa, suya nüfuz eder ve daha sonra hayvanların ve bitkilerin yaşamı ve işleyişi üzerinde zararlı bir etkiye sahiptir. Sanayi işletmelerinden kaynaklanan emisyonlar vb. ile kirlenen arazi alanı artmaktadır. 2.000 hektardan fazla arazi, endüstriyel ve evsel atık çöplükleri tarafından işgal edilmektedir. Şu anda çözülmesi zor olan sorunlardan biri, toksik olanlar da dahil olmak üzere endüstriyel atıkların bertaraf edilmesi sorunudur.

Acil bir sorun, çeşitli fabrikalar tarafından atmosfere yayılan zararlı maddelerin işlenmesinin ürünleri olan egzoz gazları ile hava kirliliğidir. İşletmelerin bacaları atmosfere karbondioksit, azot oksitler ve kükürt salmaktadır. Şu anda atmosfere salınan toplam gaz miktarı yılda 40 milyar tonu aşıyor. Atmosferdeki fazla karbondioksit, Dünya'nın canlı dünyası için tehlikelidir, doğadaki karbon döngüsünü bozar ve asit yağmurlarının oluşmasına neden olur. Difüzyon süreci nehirlerin, denizlerin ve okyanusların kirlenmesinde önemli bir rol oynar. Dünyada endüstriyel ve evsel atıksuların yıllık deşarjı yaklaşık 10 trilyon tondur.

Bazı tıbbi araştırmalar, solunum sistemi ve üst solunum yolu insidansı ile havanın durumu arasında bir ilişki olduğunu göstermiştir. Solunum yolu hastalıkları seviyesinin göstergesi ile atmosfere zararlı maddelerin emisyon hacmi arasında doğrudan bir ilişki vardır. Bu difüzyon örnekleri, doğada meydana gelen çeşitli süreçler üzerinde zararlı bir etkiye sahiptir.

Su kütlelerinin kirlenmesi, içlerinde yaşamın kaybolmasına ve içme için kullanılan suyun arıtılması gerekmesine yol açar, bu da çok pahalıdır. Ayrıca, ısı salınımı ile kirli sularda kimyasal reaksiyonlar meydana gelir. Suyun sıcaklığı yükselirken sudaki oksijen içeriği azalır, bu da suda yaşayan organizmalar için kötüdür. Artan su sıcaklıkları nedeniyle, birçok nehir artık kışın donmuyor. Endüstriyel borulardan, termik santrallerin borularından zararlı gazların emisyonunu azaltmak için özel filtreler kurulur. Bu tür filtreler, örneğin, Chelyabinsk'in Leninsky bölgesindeki bir termik santrale kurulur, ancak kurulumları çok pahalıdır. Su kütlelerinin kirlenmesini önlemek için kıyılara çöp, yemek atıkları, gübre ve çeşitli kimyasalların atılmamasını sağlamak gerekir.

Küresel ısınma göz önüne alındığında, ortam sıcaklığındaki artışa bağlı olarak difüzyon hızındaki değişimin araştırılması önemlidir.

Deneysel kısım.

deneyimliyorum. Bir maddenin parçacıklarının başka bir maddenin molekülleri arasına penetrasyonunun gözlemlenmesi .

Hedef : katıların difüzyonunu incelemek ve difüzyon hızı hakkında bir sonuç çıkarmak.

Cihazlar ve malzemeler : jelatin, potasyum permanganat, bakır sülfat, Petria kabı, cımbız, ısıtma cihazı.

:

Jelatin katı bir çözelti görevi görür. Çözeltiyi hazırlamak için, tozun şişmesi için 1 kaşık jelatini 2 saat soğuk suya daldırmak, ardından karışımı ısıtmak ve jelatini kaynatmadan eritmek, ardından bir Petria kabına dökmek gerekir (Şekil 3). ). Jelatin ortada hızlı bir hareketle soğuyunca, bir bardağa cımbızla bir potasyum permanganat kristali, diğer bardağa da bakır sülfat konuldu ve şimdi difüzyonun sonucunu gözlemleyebiliyoruz.

Burada, jelatin molekülleri arasında potasyum permanganat ve bakır sülfat parçacıklarının penetrasyonunu gözlemledik. 24 saat sonra, potasyum permanganat güçlü bir oksitleyici ajan olduğu için potasyum permanganat difüzyonu gözlenmedi (Şekil 4).

Bu nedenle katılarda difüzyon daha yavaş ilerler. Güçlü oksitleyici ajanlar çevreye girerse, yok olmasına yol açarlar.

II. deneyim. Guaj parçalarının sabit sıcaklıkta (t=22°C'de) suda çözünmesinin gözlemlenmesi

Bir parça portakal guaş ve 22 ° C sıcaklıkta temiz su içeren bir kap aldılar. Kabın içine bir parça guaj koydular (Şek. 1) ve ne olduğunu gözlemlemeye başladılar. 10 dakika sonra kaptaki su guaş (katı) rengine dönmeye başlar (Şek. 2). Su iyi bir çözücüdür. Su moleküllerinin etkisi altında, guaj katılarının molekülleri arasındaki bağlar yok edilir. Deneyin başlamasından bu yana 25 dakika geçti. Suyun rengi daha yoğun hale gelir (Şekil 3). Su molekülleri guaj moleküllerinin arasına girerek çekim kuvvetlerini kırar. Deneyin başlangıcından bu yana 45 dakika geçmiştir (Şekil 4). Moleküller arasındaki çekim kuvvetleriyle eşzamanlı olarak, itici kuvvetler harekete geçmeye başlar ve sonuç olarak katı bir maddenin (guaj) kristal kafesi yok edilir. Guaj çözme işlemi bitti. Deneyin süresi 2 saat 50 dakikadır. Su tamamen guaj rengine boyanmıştı.

Bu nedenle, difüzyon fenomeni, katıların çözünmesiyle sonuçlanan uzun bir süreçtir.

W deneyimi.Difüzyon hızının sıcaklığa ve gıdaya penetrasyona bağımlılığının incelenmesi.

Hedef : sıcaklığın difüzyon hızını nasıl etkilediğini inceleyin.

Cihazlar ve malzemeler : termometreler - 2 adet, saat - 1 adet, cam - 1 adet, iyot, patates, manyetik karıştırıcı.

Deneyimin ve sonuçların tanımı : bir bardak aldılar, içine iyot koydular ve bardağı t = 22 ° C'de yarım kesilmiş patateslerle kapattılar. Deneyin başlangıcından 15 dakika sonra difüzyon işlemi aktif değildir. 4 dakika sonra ısıtma işlemine başladı. Difüzyon işlemi başladı, 1 dakika sonra iyotun patatese nüfuz ettiğini, 2 dakika sonra görüyoruz.

Bu deneyimden, difüzyon hızının sıcaklıktan etkilendiği sonucuna varılabilir: sıcaklık ne kadar yüksek olursa, difüzyon hızı o kadar yüksek olur ve bu da gıdayı olumsuz etkiler.

Böylece hava çeşitli fabrikalardan çıkan atıklarla kirlenmekte, araç egzoz gazları yiyeceklere nüfuz etmekte ve daha sonra insan, hayvan ve bitkilerin yaşamı ve işleyişi üzerinde zararlı etki yapmaktadır.

IV deneyimi.Sabit bir sıcaklıkta gaz halindeki maddelerin suya difüzyon hızının bağımlılığının incelenmesi

Hedef : gaz halindeki maddelerin sabit bir sıcaklıkta suya difüzyon hızını incelemek ve difüzyon hızı hakkında bir sonuç çıkarmak.

Cihazlar ve malzemeler : termometreler - 1 adet, saat - 1 adet, şişe - 1 adet, su, iyot.

Deneyimin ve sonuçların tanımı : Şişeye aynı kütle ve aynı sıcaklıktaki (22°C) su döküldü, daha sonra başka bir şişeye bitkisel yağ (5 mi) döküldü. Bitkisel yağ tecrübemizde taklit edilen yağdır. Şişeler, üzerine yapıştırılmış iyotlu yapışkan bant ile kaplanmıştır. Gözlem 45'ten sonra alındı dakika.

Bir bitkisel yağ tabakasıyla kaplı su çok zayıf renklidir, oksijen moleküllerinin suya nüfuz etmesinin daha zor olduğu yargısına varılabilir: balıklar ve diğer su sakinleri oksijenden yoksundur ve hatta ölebilir.

Çözüm : su yüzeyinde çeşitli maddelerin bulunması difüzyon süreçlerini bozar ve istenmeyen çevresel sonuçlara yol açabilir.

Çözüm

Cansız doğada difüzyonun öneminin ne kadar büyük olduğunu ve bu fenomen olmasaydı canlı organizmaların varlığının imkansız olacağını görüyoruz. Ne yazık ki, bu olgunun olumsuz tezahürü ile uğraşmak zorundayız, ancak daha birçok olumlu faktör var ve bu nedenle doğada difüzyonun büyük öneminden bahsediyoruz.

Doğa, difüzyon penetrasyon sürecinin doğasında bulunan olasılıklardan geniş ölçüde yararlanır, beslenmenin emiliminde ve kanın oksijenlenmesinde önemli bir rol oynar. Güneşin alevlerinde, uzak yıldızların yaşamında ve ölümünde, soluduğumuz havada, her yerde her şeye gücü yeten ve evrensel yayılımın tezahürünü görüyoruz.

Bu nedenle difüzyon, insan, hayvan ve bitkilerin yaşam süreçlerinde büyük önem taşımaktadır. Difüzyon nedeniyle, akciğerlerden gelen oksijen insan kanına ve kandan dokulara nüfuz eder. Ancak ne yazık ki insanlar yaptıkları faaliyetler sonucunda doğadaki doğal süreçleri çoğu zaman olumsuz etkilemektedir.

Difüzyon, doğanın ekolojik dengesindeki rolü ve doğadaki seyrini etkileyen faktörleri inceleyerek, çevre sorunlarına halkın dikkatini çekmenin gerekli olduğu sonucuna vardım.

Edebiyat

Alekseev S.V., Gruzdeva M.V., Muravyov A.G., Gushchina E.V. Ekoloji üzerine çalıştay. M.AO MDS, 1996

Ilchenko V.R. Fizik, kimya ve biyolojinin kavşak noktası M: "Aydınlanma", 1986

Kirillova I.G. Fizik okumak için bir kitap. M. "Aydınlanma", 1986

Peryshkin A.V. Fizik ders kitabı 7. sınıf. M. "Aydınlanma", 2005

Prohorov A.M. Fiziksel Ansiklopedik Sözlük. 1995

Ryzhenkov A.P. Fizik. İnsan. Çevre. M: Aydınlanma, 1996

Chuyanov V.A. Genç Bir Fizikçinin Ansiklopedik Sözlüğü. 1999

Shakhmaev N.M. ve diğerleri Fizik 7.M.: Mnemozina, 2007.

Çocuklar için ansiklopedi.V.19. Ekoloji: 33 ciltte / Bölüm. ed. Volodin V.A. - M.: Avanta +, 2004 - 448 s.

Latince kökenli "difüzyon" kelimesi - Latince "diffusio", "yayılma, dağılma" anlamına gelir. Fizikte difüzyon, farklı malzemeler temas ettiğinde mikropartiküllerin iç içe geçme sürecini ifade eder. Difüzyonun akademik tanımı şu şekildedir: "Difüzyon, bir maddenin moleküllerinin kaotik hareketlerinden ve birbirleriyle çarpışmalarından dolayı başka bir maddenin moleküller arası boşluklarına karşılıklı olarak nüfuz etmesidir." Difüzyonun özellikleri nelerdir, oluşum nedenleri, bu sürecin farklı maddelerde kendini nasıl gösterdiği, aşağıda bunu okuyun.

difüzyon nedenleri

Difüzyonun nedeni parçacıkların (atomlar, moleküller, iyonlar vb.) termal hareketidir.

Difüzyon mekanizmalarının nasıl çalıştığını daha ayrıntılı anlamak için, bu fenomeni belirli bir örnek kullanarak ele alalım. Potasyum permanganat (popüler olarak potasyum permanganat olarak bilinir) (KMnO 4) alır ve suda (H 2 O) çözülürse, potasyum permanganat ayrışma sonucunda K + ve MnO 4'e ayrışır. Su molekülünün polarize olduğunu ve bağlantılı H+ – OH- iyonları olarak var olduğunu da not etmek önemlidir.

Potasyum permanganatın suda çözünmesi nedeniyle, her iki maddenin iyonlarının kaotik bir hareketi meydana gelir, bunun sonucunda bağlı su iyonları renk değiştirir ve henüz reaksiyona girmemiş diğer iyonlara yer açar. Su rengini değiştirecek ve belirli özellikler kazanacaktır. Su ve potasyum permanganat arasında difüzyon meydana gelir.

Süreç şematik olarak böyle görünüyor.

Ayrıca, difüzyon sırasında hareket eden parçacıklar, sağlanan hacim boyunca her zaman eşit olarak yayılır. Difüzyon sürecinin kendisi biraz zaman alır.

Difüzyon olgusunun tüm maddelerde meydana gelmediğini bilmek de önemlidir. Örneğin, su potasyum permanganat ile değil, yağ ile karıştırılırsa, yağ molekülleri elektriksel olarak nötr olduğundan, aralarında difüzyon olmayacaktır. Yağ molekülü içindeki güçlü bağlar sayesinde su molekülleri ile bir tür bağlantının oluşması engellenecektir.

Ayrıca sıcaklıktaki artışla difüzyon hızının önemli ölçüde artacağını belirtmekte fayda var, bu oldukça mantıklı çünkü sıcaklıktaki bir artışla bir maddenin içindeki parçacıkların hareket hızı artacak ve sonuç olarak, başka bir maddenin moleküllerine penetrasyonları artar.

Difüzyon Formülü

İki bileşenli bir sistemdeki difüzyon süreci, Fick yasası ve buna karşılık gelen denklem kullanılarak yazılır:

Bu denklemde J malzemenin yoğunluğu, D difüzyon katsayısı ve ac/dx iki maddenin konsantrasyon gradyanıdır.

Difüzyon katsayısı, bir birim uzunluğa eşit uzaklıkta bulunan iki yüzey üzerindeki yoğunluk farkı bire eşitse, birim zamanda birim yüzeyden geçen difüzyon maddesinin miktarına sayısal olarak eşit olan fiziksel bir miktardır. . Difüzyon katsayısının sıcaklığa bağlı olduğuna dikkat etmek önemlidir.

katılarda difüzyon

Katılarda difüzyon çok yavaş gerçekleşir. Sonuçta, katılar varlıklarıyla karakterize edilir ve tüm parçacıklar sıralanır.

Katıların difüzyonuna bir örnek altın ve kurşundur. Birbirinden 1 metre uzaklıkta, 20 C'lik bir oda sıcaklığında bulunan bu maddeler yavaş yavaş birbirine nüfuz edecek, ancak hepsi çok yavaş gidecek, bu difüzyon 4-5 yıldan daha önce fark edilmeyecek.

sıvılarda difüzyon

Sıvılarda difüzyon hızı katılardan birkaç kat daha yüksektir. Bir sıvıdaki parçacıklar arasındaki bağlar çok daha zayıftır (genellikle enerjileri en fazla damla oluşturmak için yeterlidir) ve hiçbir şey parçacıkların iki maddenin moleküllerine karşılıklı nüfuz etmesine müdahale etmez.

Doğru, difüzyonun ne kadar hızlı gerçekleşeceği sıvıların doğasına ve kıvamına bağlıdır, daha kalın çözeltilerde daha yavaş gerçekleşir, çünkü sıvı ne kadar kalınsa, içindeki moleküller arasındaki bağlar o kadar güçlüdür ve moleküller ve parçacıklar için o kadar zor olur. birbirine nüfuz etmek. Örneğin, iki sıvı metalin karıştırılması birkaç saat sürebilirken, su ve potasyum permanganatın (yukarıdaki örnekten) karıştırılması bir dakika içinde tamamlanır.

gazlarda difüzyon

Gazlarda difüzyon, sıvılardan daha hızlı gerçekleşir, gaz halindeki maddelerin parçacıkları arasında pratik olarak hiçbir bağ yoktur ve hiçbir şekilde birbirine bağlı olmayan parçacıklar, diğer gazların moleküllerine nüfuz ederek birbirleriyle kolayca karışır. Gazların difüzyonunda sadece küçük ayarlamalar yapılabilir.

Çevredeki dünyada difüzyon örnekleri

Difüzyon yoluyla:

• gezegenimizin yüzeyine yakın atmosferik havanın tek tip bileşimi korunur,
• bitki besleme gerçekleşir
• insan ve hayvanların solunumu.

Difüzyon yardımı da dahil olmak üzere önemli bir biyolojik süreç gerçekleştirilir: bildiğimiz gibi, güneş ışığının enerjisi sayesinde, su klorofiller tarafından aynı anda salınan, atmosfere giren ve herkes tarafından emilen bileşenlere ayrıştırılır. canlı organizmalar. Böylece, insanlar ve hayvanlar tarafından oksijen emilim süreci ve bitkilerin metabolizması, tüm bunlar, yaşamın kendisinin var olamayacağı difüzyonla desteklenir.

Ancak bu küreseldir, daha basit şeylerde difüzyonu gözlemleyebiliriz:

• Çiçeklerin kokularını difüzyon yoluyla yaydıkları bir bahçede (parçacıkları çevredeki hava parçacıklarıyla karışır).
• Çay veya kahvede şekerin çözülmesiyle, çay veya kahve difüzyon yoluyla tatlı hale gelir.
• Soğan keserken gözleriniz sulanmaya başlar, bu da difüzyondan kaynaklanır, soğan molekülleri hava molekülleri ile karışır ve gözleriniz buna tepki verir.

Bunun gibi daha pek çok örnek verilebilir.

Difüzyon, video

Ve son olarak, makalemizin konusuyla ilgili bir eğitim videosu.

Bu makale İngilizce olarak mevcuttur - .

MOU Zaozernaya orta okulu, 16 No'lu bireysel konuların derinlemesine incelenmesi ile

Konu: "Canlı ve cansız doğada yayılma."

Tamamlanmış:

8. sınıf öğrencisi Zyabrev Kirill.

Fizik öğretmeni: Zavyalova G.M.

Biyoloji öğretmeni: Zyabreva V.F.

Tomsk - 2008

I.Giriş. ………………………………………………………… 3

II. Canlı ve cansız doğada difüzyon.

1. Fenomenin keşfinin tarihi. …………………………………. dört

2. Difüzyon, çeşitleri. ………………………………………….. 6

3. Difüzyon hızı neye bağlıdır? ……………………….. 7

4. Cansız doğada yayılma. ……………………………... sekiz

5. Yaban hayatında yayılma. ………………………………… 9

6. Difüzyon fenomenlerinin kullanımı. …………………………. 16

7. Bireysel difüzyon olaylarının tasarlanması. …………… 17

III. Çözüm. …………………………………………………... yirmi

IV. Kullanılmış Kitaplar. …………………………………. . 21

I.Giriş.

Çevremizde ne kadar çok şaşırtıcı ve ilginç şeyler oluyor. Uzak yıldızlar gece gökyüzünde parlıyor, pencerede bir mum yanıyor, rüzgar çiçekli kuş kirazının aromasını taşıyor, yaşlanan bir büyükanne seni gözleriyle görüyor .... Çok şey öğrenmek, kendi başıma açıklamaya çalışmak istiyorum. Ne de olsa, birçok doğal fenomen, son zamanlarda okulda bahsettiğimiz difüzyon süreçleriyle ilişkilidir. Ama çok az söylediler!

İş hedefleri :

1. Difüzyon hakkındaki bilgileri genişletin ve derinleştirin.

2. Bireysel difüzyon süreçlerini simüle edin.

3. Fizik ve biyoloji derslerinde kullanılmak üzere ek bilgisayar tabanlı materyal oluşturun.

Görevler:

1. Literatürde, internette gerekli materyali bulun, inceleyin ve analiz edin.

2. Canlı ve cansız doğada (fizik ve biyoloji) yayılma olaylarının nerelerde meydana geldiğini, ne anlam taşıdığını, insanlar tarafından nerelerde kullanıldığını öğrenin.

3. Bu fenomenle ilgili en ilginç deneyleri tanımlayın ve tasarlayın.

4. Bazı difüzyon işlemlerinin animasyon modellerini oluşturun.

yöntemler: literatür analizi ve sentezi, tasarım, modelleme.

Çalışmam üç bölümden oluşuyor; ana bölüm 7 bölümden oluşmaktadır. Eğitim, referans, bilimsel literatür ve internet siteleri de dahil olmak üzere 13 edebi kaynaktan materyalleri inceledim ve işledim ve ayrıca Power Point editöründe bir sunum hazırladım.

II. Canlı ve cansız doğada difüzyon.

II .bir. Difüzyon olgusunun keşfinin tarihi.

Robert Brown, mikroskop altında suda çiçek poleninin süspansiyonunu gözlemlerken, parçacıkların "bir sıvının hareketinden ve buharlaşmasından değil" ortaya çıkan kaotik bir hareketini gözlemledi. Yalnızca mikroskop altında görülebilen, 1 µm veya daha küçük boyutlu asılı parçacıklar, karmaşık zikzak yörüngelerini tanımlayan düzensiz bağımsız hareketler gerçekleştirdi. Brown hareketi zamanla zayıflamaz ve ortamın kimyasal özelliklerine bağlı değildir; yoğunluğu, ortamın sıcaklığındaki bir artışla ve viskozitesinde ve parçacık boyutunda bir azalma ile artar. Brown hareketinin nedenlerinin nitel bir açıklaması bile, yalnızca 50 yıl sonra, Brown hareketinin nedeni, sıvı moleküllerin içinde asılı duran bir parçacığın yüzeyi üzerindeki etkisiyle ilişkilendirilmeye başladığında mümkün oldu.

Brownian hareketinin ilk nicel teorisi, 1905-06'da A. Einstein ve M. Smoluchowski tarafından verildi. moleküler kinetik teoriye dayanmaktadır. Brown parçacıklarının rastgele yürüyüşlerinin, içinde bulundukları ortamın molekülleri ile birlikte termal harekete katılımlarıyla ilişkili olduğu gösterilmiştir. Parçacıklar ortalama olarak aynı kinetik enerjiye sahiptir, ancak daha büyük kütle nedeniyle daha düşük bir hıza sahiptirler. Brownian hareket teorisi, bir parçacığın rastgele hareketini, moleküllerden ve sürtünme kuvvetlerinden gelen rastgele kuvvetlerin etkisiyle açıklar. Bu teoriye göre, bir sıvı veya gazın molekülleri sabit termal hareket halindedir ve farklı moleküllerin darbeleri büyüklük ve yön bakımından aynı değildir. Brownian parçacığında olduğu gibi, böyle bir ortama yerleştirilen bir parçacığın yüzeyi küçükse, parçacığın çevredeki moleküllerden aldığı darbeler tam olarak dengelenmeyecektir. Bu nedenle, moleküller tarafından "bombardıman"ın bir sonucu olarak, bir Brown parçacığı rastgele hareket etmeye başlar ve hızının büyüklüğünü ve yönünü saniyede yaklaşık 1014 kez değiştirir. Bu teoriden, belirli bir süre boyunca bir parçacığın yer değiştirmesini ölçerek ve yarıçapını ve sıvının viskozitesini bilerek, Avogadro sayısı hesaplanabilir.

Brownian hareket teorisinin sonuçları, 1906'da J. Perrin ve T. Svedberg'in ölçümleriyle doğrulandı. Bu ilişkilere dayanarak Boltzmann sabiti ve Avogadro sabiti deneysel olarak belirlendi. (Avogadro sabiti NA ile gösterilir, bir maddenin 1 molündeki molekül veya atom sayısı, NA = 6.022.1023 mol-1; A. Avogadro'nun onuruna isim.

Boltzmann sabiti, fiziksel sabit k evrensel gaz sabitinin oranına eşit R Avogadro sayısına N A: k = R / N A = 1.3807.10-23 J/K. Adını L. Boltzmann'dan almıştır.)

Brownian hareketi gözlemlenirken, parçacığın konumu düzenli aralıklarla sabitlenir. Zaman aralıkları ne kadar kısa olursa, parçacığın yörüngesi o kadar bozuk görünecektir.

Brownian hareket kalıpları, moleküler kinetik teorinin temel hükümlerinin açık bir teyidi olarak hizmet eder. Sonunda, maddenin hareketinin termal biçiminin, makroskopik cisimleri oluşturan atomların veya moleküllerin kaotik hareketinden kaynaklandığı tespit edildi.

Brownian hareket teorisi, istatistiksel mekaniğin kanıtlanmasında önemli bir rol oynadı; sulu çözeltilerin kinetik pıhtılaşma (karıştırma) teorisinin temelidir. Ek olarak, Brownian hareketi ölçüm cihazlarının doğruluğunu sınırlayan ana faktör olarak kabul edildiğinden metrolojide de pratik öneme sahiptir. Örneğin, bir ayna galvanometresinin okumalarının doğruluk sınırı, hava molekülleri tarafından bombalanan bir Brown partikülü gibi, aynanın titremesiyle belirlenir. Brownian hareket yasaları, elektrik devrelerinde gürültüye neden olan elektronların rastgele hareketini belirler. Dielektriklerdeki dielektrik kayıplar, dielektrikleri oluşturan dipol moleküllerinin rastgele hareketleri ile açıklanır. Elektrolit çözeltilerdeki iyonların rastgele hareketleri, elektrik dirençlerini arttırır.

Brown parçacıklarının yörüngeleri (Perrin'in deneyinin şeması); noktalar, parçacıkların konumlarını düzenli aralıklarla işaretler.

Böylece, DİFÜZYON VEYA BROWN HAREKETİ - bu bir sıvı veya gaz içinde asılı duran en küçük parçacıkların, ortam moleküllerinin etkilerinin etkisi altında meydana gelen rastgele hareketi; açık

1827'de R. Brown

II. 2. Difüzyon, çeşitleri.

Difüzyon ve kendi kendine yayılma arasındaki farkı ayırt edin.

difüzyonla Bir maddenin moleküllerinin başka bir maddenin molekülleri arasındaki boşluklara kendiliğinden nüfuz etmesine denir.. Bu durumda, parçacıklar karıştırılır. Gazlar, sıvılar ve katılar için difüzyon gözlenir. Örneğin, bir bardak suya bir damla mürekkep karıştırılır. Veya kolonya kokusu odaya yayılır.

Difüzyon, kendi kendine difüzyon gibi, bir madde yoğunluğu gradyanı olduğu sürece var olur. Herhangi birinin ve aynı maddenin yoğunluğu, hacmin farklı yerlerinde aynı değilse, kendi kendine yayılma olgusu gözlenir. Kendi kendine yayılma yoluyla yoğunluk eşitleme süreci denir(veya bununla orantılı konsantrasyon) aynı madde. Difüzyon ve kendi kendine difüzyon, dengede olmayan durumlarda madde akışları oluşturan moleküllerin termal hareketi nedeniyle meydana gelir.

Kütle akı yoğunluğu maddenin kütlesidir ( dm) birim alandan birim zamanda yayılma ( dS pl) eksene dik x :

(1.1)

Difüzyon fenomeni Fick yasasına uyar

(1.2)

eksen yönünde yoğunluk değişim oranını belirleyen yoğunluk gradyanının modülü nerede X ;

D- moleküler kinetik teoriden formülle hesaplanan difüzyon katsayısı

(1.3)

moleküllerin termal hareketinin ortalama hızı nerede;

Moleküllerin ortalama serbest yolu.

Eksi işareti, kütle transferinin azalan yoğunluk yönünde gerçekleştiğini gösterir.

Denklem (1.2), difüzyon denklemi veya Fick yasası olarak adlandırılır.

II. 3. Difüzyon hızı.

Bir parçacık bir madde içinde hareket ettiğinde, molekülleri ile sürekli çarpışır. Bu, normal koşullar altında difüzyonun normal hareketten daha yavaş olmasının nedenlerinden biridir. Difüzyon hızı neye bağlıdır?

İlk olarak, parçacık çarpışmaları arasındaki ortalama mesafe, yani. serbest yol uzunluğu Bu uzunluk ne kadar büyük olursa, parçacık maddeye o kadar hızlı nüfuz eder.

İkincisi, basınç hızı etkiler. Bir maddedeki parçacıkların paketlenmesi ne kadar yoğunsa, yabancı bir parçacığın böyle bir pakete girmesi o kadar zor olur.

Üçüncüsü, bir maddenin moleküler ağırlığı, difüzyon hızında önemli bir rol oynar. Hedef ne kadar büyükse, vurma olasılığı o kadar yüksektir ve bir çarpışmadan sonra hız her zaman yavaşlar.

Dördüncüsü, sıcaklık. Sıcaklık arttıkça parçacıkların salınımları artar ve moleküllerin hızı artar. Ancak difüzyon hızı, serbest hareket hızından bin kat daha yavaştır.

Tüm difüzyon türleri aynı yasalara uyar, skaler bir değer olan ve Fick'in birinci yasasından belirlenen difüzyon katsayısı D ile tanımlanır.

Tek boyutlu difüzyon için ,

J, atomların akı yoğunluğu veya maddenin kusurlarıdır,
D - difüzyon katsayısı,
N, maddenin atomlarının veya kusurlarının konsantrasyonudur.

Difüzyon moleküler düzeyde bir süreçtir ve tek tek moleküllerin hareketinin rastgele doğası tarafından belirlenir. Bu nedenle difüzyon hızı, moleküllerin ortalama hızı ile orantılıdır. Gazlar söz konusu olduğunda, küçük moleküllerin ortalama hızı daha büyüktür, yani molekülün kütlesinin karekökü ile ters orantılıdır ve artan sıcaklıkla artar. Katılarda yüksek sıcaklıklarda difüzyon işlemleri genellikle pratik uygulama bulur. Örneğin, belirli tipteki katot ışın tüpleri (CRT'ler), 2000 ºC'de metalik tungsten yoluyla yayılan metalik toryum kullanır.

Bir gaz karışımında bir molekül diğerinden dört kat daha ağırsa, böyle bir molekül saf gazdaki hareketinden iki kat daha yavaş hareket eder. Buna göre difüzyon hızı da daha düşüktür. Hafif ve ağır moleküller arasındaki difüzyon hızlarındaki bu fark, farklı molekül ağırlıklarına sahip maddeleri ayırmak için kullanılır. Bir örnek, izotopların ayrılmasıdır. İki izotop içeren bir gaz gözenekli bir zardan geçirilirse, daha hafif izotoplar zardan ağır olanlardan daha hızlı geçer. Daha iyi ayırma için işlem birkaç aşamada gerçekleştirilir. Bu işlem, uranyum izotoplarını ayırmak için yaygın olarak kullanıldı (235U bölünebilir maddenin nötron ışıması altında 238U'nun ana kütlesinden ayrılması). Bu ayırma yöntemi enerji yoğun olduğu için daha ekonomik başka ayırma yöntemleri geliştirilmiştir. Örneğin, gazlı bir ortamda termal difüzyonun kullanımı yaygın olarak geliştirilmiştir. Bir izotop karışımı içeren bir gaz, uzaysal bir sıcaklık farkının (gradyan) muhafaza edildiği bir odaya yerleştirilir. Bu durumda ağır izotoplar zamanla soğuk bölgede yoğunlaşır.

Çözüm. Yaygın değişiklikler şunlardan etkilenir:

· maddenin moleküler ağırlığı (moleküler ağırlık ne kadar yüksekse, hız o kadar düşük);

· parçacık çarpışmaları arasındaki ortalama mesafe (yol uzunluğu arttıkça hız da artar);

· basınç (partiküllerin paketlenmesi ne kadar büyük olursa, kırılması o kadar zor olur),

· sıcaklık (sıcaklık arttıkça hız artar).

II.4. Cansız doğada difüzyon.

Tüm hayatımızın garip bir doğa paradoksu üzerine kurulu olduğunu biliyor muydunuz? Herkes soluduğumuz havanın farklı yoğunluktaki gazlardan oluştuğunu bilir: nitrojen N 2 , oksijen O 2 , karbondioksit CO 2 ve az miktarda diğer kirlilikler. Ve bu gazlar yerçekimine göre katmanlar halinde düzenlenmelidir: en ağır olan CO 2, dünyanın en yüzeyinde, onun üzerinde - O 2, daha da yüksek - N2. Ama bu olmaz. Homojen bir gaz karışımıyla çevriliyiz. Alev neden sönmüyor? Sonuçta, onu çevreleyen oksijen hızla yanıyor mu? Burada, ilk durumda olduğu gibi, hizalama mekanizması çalışır. Difüzyon doğadaki dengesizliği önler!

Deniz neden tuzlu? Nehirlerin kayaların, minerallerin ve yıkama tuzlarının kalınlığından denize girdiklerini biliyoruz. Tuz su ile nasıl karıştırılır? Bu basit bir deneyimle açıklanabilir:

DENEYİM AÇIKLAMASI: Bir cam kaba sulu bir bakır sülfat çözeltisi dökün. Çözeltinin üzerine dikkatlice temiz su dökün. Sıvılar arasındaki sınırı gözlemliyoruz.

Soru: Zamanla bu sıvılara ne olacak ve neler gözlemleyeceğiz?

Zamanla, temas eden sıvılar arasındaki sınır bulanıklaşmaya başlayacaktır. Bir dolaba sıvı içeren bir kap yerleştirilebilir ve her gün sıvıların kendiliğinden nasıl karıştığını gözlemleyebilirsiniz. Sonunda kapta, ışıkta neredeyse renksiz, homojen bir uçuk mavi renkli sıvı oluşur.

Bakır sülfat parçacıkları sudan daha ağırdır, ancak difüzyon nedeniyle yavaşça yükselirler. Nedeni sıvının yapısıdır. Sıvı parçacıklar kompakt gruplar halinde paketlenir - sözde çekirdekler. Birbirlerinden boşluklar - delikler ile ayrılırlar. Çekirdekler kararlı değildir, parçacıkları uzun süre dengede değildir. Parçacık enerji verir vermez, parçacık çekirdekten ayrılır ve boşluklara düşer. Oradan kolayca başka bir çekirdeğe atlar, vb.

Yabancı bir maddenin molekülleri, deliklerden sıvı içinde yolculuklarına başlar. Yolda çekirdeklerle çarpışırlar, parçacıkları dışarı atarlar ve yerlerini alırlar. Bir boş yerden diğerine hareket ederek yavaş yavaş sıvı parçacıklarla karışırlar. Difüzyon hızının düşük olduğunu zaten biliyoruz. Bu nedenle, normal koşullar altında, bu deney ısıtma ile 18 gün sürdü - 2-3 dakika.

Çözüm: Güneşin alevlerinde, uzaktaki parlak yıldızların yaşamında ve ölümünde, soluduğumuz havada, hava değişimlerinde, hemen hemen tüm fiziksel olaylarda, her şeye kadir yayılımın tecellisini görüyoruz!

II.5. Vahşi yaşamda yayılma.

Difüzyon süreçleri şu anda iyi çalışılmış, fiziksel ve kimyasal yasaları oluşturulmuş ve canlı bir organizmadaki moleküllerin hareketine oldukça uygulanabilirler. Canlı organizmalarda difüzyon, hücrenin plazma zarı ile ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. Bu nedenle, nasıl düzenlendiğini ve yapısının özelliklerinin hücre içindeki maddelerin taşınmasıyla nasıl ilişkili olduğunu bulmak gerekir.

Bitki ve hayvan hücrelerinin protoplazmasını çevreleyen bir yüzey, periferik yapı olan plazma zarı (plazmalemma, hücre zarı), sadece mekanik bir bariyer olarak hizmet etmez, aynı zamanda en önemlisi hücreye giren ve çıkan serbest iki yönlü akışı sınırlar. düşük ve yüksek moleküler maddeler. Ayrıca plazma zarı, çeşitli kimyasalları "tanıyan" ve bu maddelerin hücre içine seçici olarak taşınmasını düzenleyen bir yapı görevi görür.

Plazma zarının dış yüzeyi, 3-4 nm kalınlığında gevşek lifli bir madde tabakası olan glikokaliks ile kaplıdır. Hücre tarafından izole edilen şekerli proteinlerin ve yağ içeren proteinlerin bileşiklerinin yerleştirilebileceği, zar integral proteinlerinin karmaşık karbonhidratlarının dallanma zincirlerinden oluşur. Maddelerin hücre dışı parçalanmasında yer alan bazı hücresel enzimler (örneğin, bağırsak epitelinde hücre dışı sindirim) hemen bulunur.

Lipid tabakasının iç kısmı hidrofobik olduğundan, çoğu polar molekül için neredeyse aşılmaz bir bariyer sağlar. Bu bariyerin varlığı sayesinde hücrelerin içeriğinin sızması engellenir, ancak bu nedenle hücre, suda çözünür maddelerin zardan taşınması için özel mekanizmalar oluşturmak zorunda kalır.

Plazma zarı, diğer lipoprotein hücre zarları gibi yarı geçirgendir. Su ve içinde çözünen gazlar maksimum nüfuz gücüne sahiptir. İyon taşınması, bir konsantrasyon gradyanı boyunca, yani pasif olarak, enerji tüketimi olmadan ilerleyebilir. Bu durumda, bazı zar taşıma proteinleri, iyonların basit difüzyon yoluyla zardan geçtiği kanallar olan moleküler kompleksler oluşturur. Diğer durumlarda, özel zar taşıyıcı proteinler seçici olarak bir veya başka bir iyona bağlanır ve onu zar boyunca taşır. Bu tip transfer aktif taşıma olarak adlandırılır ve protein iyon pompaları kullanılarak gerçekleştirilir. Örneğin, 1 ATP molekülü harcayan K-Na pompa sistemi, bir döngüde hücreden 3 Na iyonu dışarı pompalar ve konsantrasyon gradyanına karşı 2 K iyonu pompalar. İyonların aktif taşınması ile kombinasyon halinde, çeşitli şekerler, nükleotitler ve amino asitler plazmalemmaya nüfuz eder. Proteinler gibi makromoleküller zardan geçmezler. Maddenin daha büyük parçacıklarının yanı sıra endositoz yoluyla hücreye taşınırlar. Endositoz sırasında, plazmalemmanın belirli bir bölümü hücre dışı materyali yakalar, sarar ve onu bir zar vakuolüne hapseder. Bu vakuol - endozom - sitoplazmada birincil lizozom ile birleşir ve yakalanan materyalin sindirimi gerçekleşir. Endositoz resmen fagositoz (hücre tarafından büyük partiküllerin emilmesi) ve pinositoz (çözeltilerin emilmesi) olarak ikiye ayrılır. Plazma zarı ayrıca, endositozun tersi olan bir süreç olan ekzositoz kullanılarak maddelerin hücreden uzaklaştırılmasında da rol oynar.

İyonların sulu çözeltilerde difüzyonu özellikle canlı organizmalar için önemlidir. Difüzyonun solunum, fotosentez ve bitki terlemesindeki rolü de aynı derecede önemlidir; havadan oksijenin akciğerlerin alveollerinin duvarlarından transferinde ve insan ve hayvanların kanına girmesinde. Moleküler iyonların zarlardan difüzyonu, hücre içindeki bir elektrik potansiyeli kullanılarak gerçekleştirilir. Seçici geçirgenliğe sahip olan zarlar, malları sınırdan geçirirken gümrük rolünü oynar: bazı maddeler geçer, diğerleri gecikir ve diğerleri genellikle hücreden "dışarı atılır". Hücrelerin yaşamında zarların rolü çok büyüktür. Ölmekte olan hücre, zar boyunca maddelerin konsantrasyonunu düzenleme yeteneği üzerindeki kontrolünü kaybeder. Hücre ölümünün ilk belirtisi, dış zarının geçirgenliğinde ve başarısızlığındaki değişikliklerin başlangıcıdır.

Konvansiyonel taşımaya ek olarak - elektriksel veya kimyasal potansiyel, sıcaklık veya basınç gradyanlarının etkisi altında bir maddenin parçacıklarının transferinin kinetik süreci - aktif taşıma da hücresel işlemlerde gerçekleşir - moleküllerin ve iyonların konsantrasyona karşı hareketi maddelerin gradyanı. Bu difüzyon mekanizmasına ozmoz denir. (Osmoz ilk olarak 1748'de A. Nolle tarafından gözlemlendi, ancak bu fenomenin incelenmesi bir asır sonra başladı.) Bu işlem, biyolojik bir zarın farklı taraflarındaki sulu bir çözeltideki farklı ozmotik basınç nedeniyle gerçekleştirilir.Su sıklıkla geçer ozmoz yoluyla zardan serbestçe geçer, ancak bu zar suda çözünen maddelere karşı geçirimsiz olabilir. Suyun bu maddenin difüzyonuna karşı akması, ancak konsantrasyon gradyanının genel yasasına (bu durumda su) uyması ilginçtir.

Bu nedenle su, konsantrasyonunun daha yüksek olduğu daha seyreltik bir çözeltiden, su konsantrasyonunun daha düşük olduğu bir maddenin daha konsantre bir çözeltisine geçme eğilimindedir. Suyu doğrudan ememeyen ve dışarı pompalayamayan hücre, bunu ozmoz yardımıyla, içindeki çözünenlerin konsantrasyonunu değiştirerek yapar. Osmoz, zarın her iki tarafındaki çözeltinin konsantrasyonunu eşitler. Hücre zarının her iki tarafındaki maddelerin çözeltilerinin ozmotik basıncından ve hücre zarının esnekliği, hücre zarının stres durumuna bağlıdır, buna turgor basıncı denir (turgor - Latince turgere'den - şişmek, doldurulmak) . Genellikle, hayvan hücrelerinin zarlarının esnekliği (bazı bağırsak hücreleri hariç) düşüktür, yüksek turgor basıncına sahip değildirler ve sadece izotonik çözeltilerde bozulmadan kalırlar veya izotonik olanlardan biraz farklıdır (iç basınç ile dış basınç arasındaki fark 0,5'ten azdır). -1.0 am). Canlı bitki hücrelerinde, iç basınç her zaman dış basınçtan daha büyüktür, ancak selüloz hücre duvarının varlığından dolayı hücre zarının yırtılması meydana gelmez. Bitkilerde iç ve dış basınç arasındaki fark (örneğin, halofit bitkilerinde - tuz seven, mantarlarda) 50-100 am'a ulaşır. Ancak bununla bile, bir bitki hücresinin güvenlik payı %60-70'dir. Çoğu bitkide, hücre zarının turgor nedeniyle nispi uzaması %5-10'u geçmez ve turgor basıncı sabah 5-10 aralığındadır. Turgor sayesinde bitki dokuları elastikiyete ve yapısal güce sahiptir. (Deney No. 3, No. 4 bunu doğrular). Tüm otoliz (kendi kendini yok etme), solma ve yaşlanma süreçlerine turgor basıncında bir düşüş eşlik eder.

Yaban hayatındaki difüzyon düşünüldüğünde, absorpsiyondan söz edilemez. Emilim, çeşitli maddelerin çevreden hücre zarlarından hücrelere ve bunlar aracılığıyla vücudun iç ortamına girme işlemidir. Bitkilerde kök ve yapraklar tarafından içinde çözünen maddeler ile suyun ozmoz ve difüzyon yoluyla absorbe edilmesi işlemidir; omurgasızlarda - çevreden veya boşluk sıvısından. İlkel organizmalarda emilim pino ve fagositoz yardımı ile gerçekleştirilir. Omurgalılarda emilim hem karın organlarından - akciğerlerden, rahimden, mesaneden ve cilt yüzeyinden, yara yüzeyinden vb. oluşabilir. Uçucu gazlar ve buharlar cilt tarafından emilir.

En büyük fizyolojik önem, esas olarak ince bağırsakta meydana gelen gastrointestinal sistemdeki emilimdir. Maddelerin verimli bir şekilde taşınması için, özellikle önemli olan, bağırsağın geniş bir yüzey alanı ve mukoza zarında, emilen bileşiklerin yüksek konsantrasyon gradyanının muhafaza edilmesinden dolayı sürekli yüksek bir kan akışıdır. İnsanlarda, yemek sırasında mezenterik kan akışı yaklaşık 400 ml / dak ve sindirim yüksekliğinde - 750 ml / dak'ya kadar, ana pay (% 80'e kadar) mukoza zarındaki kan akışıdır. Sindirim organları. Mukoza zarının yüzeyini artıran yapıların varlığı nedeniyle - dairesel kıvrımlar, villi, mikrovilli, insan bağırsağının emme yüzeyinin toplam alanı 200 m2'ye ulaşır.

Su ve tuz çözeltileri, hem ince hem de kalın bağırsaklarda, bağırsak duvarının her iki tarafına yayılabilir. Emilimleri esas olarak ince bağırsağın üst kısımlarında gerçekleşir. İnce bağırsakta büyük önem taşıyan, esas olarak elektriksel ve ozmotik gradyanların yaratıldığı Na + iyonlarının taşınmasıdır. Na + iyonlarının emilimi hem aktif hem de pasif mekanizmalar nedeniyle gerçekleşir.

Hücrenin ozmotik basıncı düzenleyen sistemleri olmasaydı, içindeki çözünmüş maddelerin konsantrasyonu, dış konsantrasyonlarından daha büyük olurdu. O zaman hücredeki su konsantrasyonu, dışarıdaki konsantrasyonundan daha az olacaktır. Sonuç olarak, hücreye sürekli bir su akışı ve hücrenin yırtılması olacaktır. Neyse ki, hayvan hücreleri ve bakteriler, Na gibi inorganik iyonları aktif olarak dışarı pompalayarak hücrelerindeki ozmotik basıncı kontrol eder. Bu nedenle hücre içindeki toplam konsantrasyonları dışarıdan daha düşüktür. Örneğin, amfibiler zamanlarının önemli bir bölümünü suda geçirirler ve kanlarındaki ve lenflerindeki tuz içeriği tatlı suya göre daha yüksektir. Amfibiler sürekli olarak derileri yoluyla suyu emerler. Bu nedenle, çok fazla idrar üretirler. Örneğin bir kurbağa, eğer kloak sargılıysa, bir top gibi şişer. Tersine, bir amfibi tuzlu deniz suyuna girerse, susuz kalır ve çok çabuk ölür. Bu nedenle, amfibiler için denizler ve okyanuslar aşılmaz bir engeldir. Bitki hücrelerinin şişmesini önleyen sert duvarları vardır. Birçok protozoa, gelen suyu düzenli olarak dışarı atan özel mekanizmalar kullanarak gelen sudan patlamayı önler.

Böylece hücre, çevre ile madde ve enerji alışverişinde bulunan, ancak iç ortamın belirli bir sabitliğini koruyan açık bir termodinamik sistemdir. Kendi kendini düzenleyen bir sistemin bu iki özelliği - açıklık ve sabitlik - aynı anda gerçekleştirilir ve hücrenin sabitliğinden metabolizma (metabolizma) sorumludur. Metabolizma, sistemin korunmasına katkıda bulunan düzenleyicidir, çevresel etkilere uygun tepki verir. Bu nedenle, metabolizma için gerekli bir koşul, aynı zamanda sistemin tutarlılığı ve bütünlüğü faktörü olarak hareket eden tüm seviyelerde canlı bir sistemin sinirliliğidir.

Membran, geçirgenliğini, elektriksel bir dürtünün nöronlar sisteminden geçişi sırasında membran depolarizasyonu ve bunun üzerindeki etkisi de dahil olmak üzere, kimyasal ve fiziksel faktörlerin etkisi altında değiştirebilir.

Bir nöron, bir sinir lifinin bir parçasıdır. Bir ucuna tahriş edici etki ederse, o zaman bir elektrik darbesi meydana gelir. İnsan kas hücreleri için değeri yaklaşık 0.01 V'dir ve yaklaşık 4 m/s hızla yayılır. Dürtü sinapsa ulaştığında - bir nörondan diğerine bir sinyal ileten bir tür röle olarak kabul edilebilecek nöronların bağlantısı, daha sonra elektriksel dürtü, nörotransmiterlerin - spesifik ara maddelerin salınmasıyla kimyasal bir dürtüye dönüştürülür. . Böyle bir aracının molekülleri nöronlar arasındaki boşluğa girdiğinde, nörotransmiter difüzyonla boşluğun sonuna ulaşır ve bir sonraki nöronu uyarır.

Bununla birlikte, bir nöron yalnızca yüzeyinde özel moleküller varsa tepki verir - yalnızca bu aracıyı bağlayabilen ve bir başkasına tepki vermeyen reseptörler. Bu sadece zarda değil, kas gibi herhangi bir organda da kasılmasına neden olur. Sinapslar yoluyla dürtü sinyalleri, diğerlerinin iletimini engelleyebilir veya artırabilir ve bu nedenle nöronlar, belirli bir dereceye kadar N. Wiener'in beynindeki hesaplama süreçlerinin bir kişinin beynindeki hesaplama süreçlerinin olduğuna inanma nedeni olarak hizmet eden mantıksal işlevleri (“ve”, “veya”) gerçekleştirir. canlı organizma ve bir bilgisayarda temelde aynı modeli takip eder. Daha sonra bilgi yaklaşımı, cansız ve canlı doğayı birleşik bir şekilde tanımlamayı mümkün kılar.

Sinyalin zar üzerindeki etkisinin süreci, yüksek elektrik direncinin değiştirilmesinden oluşur, çünkü bunun karşısındaki potansiyel fark da 0,01 V mertebesindedir. Direncin azalması, elektrik akımı darbesinde bir artışa yol açar ve uyarma, belirli iyonların zarından geçme olasılığını değiştirirken, bir sinir impulsu şeklinde iletilir. Böylece vücuttaki bilgi, kimyasal ve fiziksel mekanizmalarla kombinasyon halinde iletilebilir ve bu, canlı bir sistemde iletimi ve işlenmesi için kanalların güvenilirliğini ve çeşitliliğini sağlar.

Hücrenin mitokondrilerinde ATP molekülleri oluşturulduğunda, gerekli enerjiyi sağlayarak hücresel solunum süreçleri, fotosentez sonucu elde edilen oksijen O2'yi gerektiren canlı bir organizmanın normal solunum süreçleriyle yakından ilgilidir. Bu süreçlerin mekanizmaları da difüzyon yasalarına dayanmaktadır. Esasen bunlar canlı bir organizma için gerekli olan madde ve enerji bileşenleridir. Fotosentez, sentezlenen maddelerin moleküllerinde yeni bağlar oluşturarak güneş enerjisinin depolanması işlemidir. Fotosentez için başlangıç ​​malzemeleri su H 2 O ve karbon dioksit CO 2 dir. Bu basit inorganik bileşikler, daha karmaşık, enerji açısından zengin besinler oluşturur. Yan ürün olarak ama bizim için çok önemli olan moleküler oksijen O 2 oluşur. Bir örnek, ışık kuantasının emilmesi ve kloroplastlarda bulunan klorofil pigmentinin varlığı nedeniyle meydana gelen bir reaksiyondur.

Sonuç, bir şeker molekülü C6H12O6 ve altı oksijen molekülü O2'dir. İşlem aşamalar halinde ilerler, önce fotoliz aşamasında, suyun bölünmesiyle hidrojen ve oksijen oluşur ve daha sonra hidrojen, karbon dioksit ile birleşerek bir karbonhidrat oluşturur - şeker C6H12O6. Esasen fotosentez, Güneş'in ışıma enerjisinin, ortaya çıkan organik maddelerin kimyasal bağlarının enerjisine dönüştürülmesidir. Böylece ışıkta oksijen O 2 üreten fotosentez, canlı organizmalara serbest enerji sağlayan biyolojik süreçtir. Oksijen tüketimi ile ilişkili vücutta metabolik bir süreç olarak normal solunum süreci, fotosentez sürecinin tersidir. Bu süreçlerin her ikisi de aşağıdaki zincir boyunca ilerleyebilir:

Güneş enerjisi (fotosentez)

besinler + (nefes)

Kimyasal bağların enerjisi.

Solunumun son ürünleri, fotosentez için başlangıç ​​malzemeleri olarak hizmet eder. Böylece, fotosentez ve solunum süreçleri, Dünya'daki maddelerin döngüsünde yer alır. Güneş radyasyonunun bir kısmı bitkiler ve zaten bildiğimiz gibi ototrof olan bazı organizmalar tarafından emilir, yani. kendi kendine beslenme (onlar için yiyecek - güneş ışığı). Fotosentez sürecinin bir sonucu olarak, ototroflar atmosferik karbondioksit ve suyu bağlar, 150 milyar tona kadar organik madde oluşturur, 300 milyar tona kadar CO2 emer ve yılda yaklaşık 200 milyar ton serbest oksijen O2 yayar.

Ortaya çıkan organik madde, insanlar ve otoburlar tarafından besin olarak kullanılır ve bunlar da diğer heterotroflarla beslenir. Bitki ve hayvan kalıntıları daha sonra fotosentezde yine CO2 ve H2O formunda yer alabilen basit inorganik maddelere ayrıştırılır. Fosil yakıtlar şeklinde depolananlar da dahil olmak üzere, ortaya çıkan enerjinin bir kısmı canlı organizmalar tarafından kullanılır ve bir kısmı da gereksiz yere çevreye dağılır. Bu nedenle, onlara gerekli enerji ve oksijeni sağlama olasılığı nedeniyle fotosentez süreci, Dünya'nın biyosferinin gelişiminde belirli bir aşamada canlıların evrimi için bir katalizördür.

Difüzyon süreçleri hücredeki metabolizmanın temelini oluşturur, bu da onların yardımıyla bu süreçlerin organ düzeyinde gerçekleştirildiği anlamına gelir. Bitkilerin kök kıllarında, hayvanların ve insanların bağırsaklarında emilim işlemleri bu şekilde gerçekleşir; bitki stomalarında, insan ve hayvanların akciğerlerinde ve dokularında gaz değişimi, boşaltım süreçleri.

Biyologlar, 1855'te onları bölerek hücre büyümesinin mekanizmasını kuran Schleiden, Schwann, Purime ve Virchow'dan başlayarak 150 yıldan fazla bir süredir hücrelerin yapısı ve çalışmasıyla uğraşıyorlar. Her organizmanın bölünmeye başlayan bir hücreden geliştiği ve bunun sonucunda birbirinden belirgin şekilde farklı birçok hücrenin oluştuğu bulundu. Ancak başlangıçta organizmanın gelişimi ilk hücrenin bölünmesinden başladığı için, yaşam döngümüzün aşamalarından birinde çok uzak bir tek hücreli ataya benzerliğimizi koruyoruz ve şaka yollu olarak söyleyebiliriz ki, bizim daha çok bir hücreden geldiğimizi söyleyebiliriz. bir maymundan çok bir amip.

Organlar hücrelerden oluşur ve hücre sistemi, kurucu unsurlarının sahip olmadığı nitelikler kazanır, yani. bireysel hücreler. Bu farklılıklar, bu hücre tarafından sentezlenen protein setinden kaynaklanmaktadır. İşlevlerine bağlı olarak kas hücreleri, sinir hücreleri, kan hücreleri (eritrositler), epitel ve diğerleri vardır. Hücre farklılaşması organizmanın gelişimi sırasında kademeli olarak gerçekleşir. Hücre bölünmesi sürecinde, yaşamları ve ölümleri, organizmanın yaşamı boyunca sürekli bir hücre değişimi meydana gelir.

Vücudumuzdaki hiçbir molekül birkaç hafta veya aydan fazla aynı kalmaz. Bu süre zarfında moleküller sentezlenir, hücrenin yaşamındaki rollerini yerine getirir, yok edilir ve az çok özdeş başka moleküller ile değiştirilir. En şaşırtıcı olan şey, bir bütün olarak canlı organizmaların kendilerini oluşturan moleküllerden çok daha sabit olmaları ve hücrelerin yapısı ve bu hücrelerden oluşan tüm vücut, bu kesintisiz döngüde, tek tek bileşenlerin değiştirilmesine rağmen değişmeden kalır.

Üstelik, bu, arabanın tek tek parçalarının değiştirilmesi değil, S. Rose'un mecazi olarak karşılaştırdığı gibi, gövdeyi bir tuğla binayla, “çılgın bir duvarcı, gece ve gündüz sürekli olarak bir tuğlayı birbiri ardına çıkarır ve yenilerini ekler. yerlerinde olanlar. Aynı zamanda, binanın dış görünümü aynı kalır ve malzeme sürekli olarak değiştirilir. Bazı nöronlar ve hücrelerle doğarız ve diğerleri ile ölürüz. Bir örnek, bir çocuğun ve bir yaşlının bilinci, anlayışı ve algısıdır. Tüm hücreler, belirli bir organizmanın tüm proteinlerini oluşturmak için eksiksiz genetik bilgiye sahiptir. Kalıtsal bilgilerin depolanması ve iletilmesi, hücre çekirdeğinin yardımıyla gerçekleştirilir.

Çözüm: Hücrenin hayati aktivitesinde plazma zarının geçirgenliğinin rolünü abartmak imkansızdır. Hücreye enerji sağlanması, ürünlerin elde edilmesi ve bozunma ürünlerinden kurtulma ile ilgili işlemlerin çoğu, bu yarı geçirgen canlı bariyer aracılığıyla difüzyon yasalarına dayanmaktadır.

ozmoz- aslında, suyun daha yüksek konsantrasyonlu yerlerden daha düşük konsantrasyonlu yerlere basit bir şekilde difüzyonu.

Pasif ulaşım- bu, maddelerin elektrokimyasal potansiyeli büyük olan yerlerden daha düşük değerli yerlere transferidir. Küçük suda çözünür moleküllerin transferi, özel taşıma proteinleri kullanılarak gerçekleştirilir. Bunlar, her biri belirli moleküllerin veya ilgili molekül gruplarının taşınmasından sorumlu olan özel transmembran proteinlerdir.

Moleküllerin elektrokimyasal gradyanlarına karşı zar boyunca taşınmasını sağlamak genellikle gereklidir. Böyle bir sürece denir aktif taşımacılık ve aktivitesi enerji harcaması gerektiren taşıyıcı proteinler tarafından gerçekleştirilir. Bir taşıyıcı protein bir enerji kaynağına bağlanırsa, maddelerin zardan aktif olarak taşınmasını sağlayan bir mekanizma elde edilebilir.

II.6. Difüzyon uygulaması.

İnsan, eski zamanlardan beri difüzyon fenomenini kullanıyor. Evin pişirilmesi ve ısıtılması bu süreçle ilişkilidir. Metallerin ısıl işlemi (kaynak, lehimleme, kesme, kaplama vb.) sırasında difüzyonla karşılaşırız; parça ve cihazların kimyasal direncini, mukavemetini, sertliğini arttırmak veya koruyucu ve dekoratif amaçlarla (çinko kaplama, krom kaplama, nikel kaplama) metal ürünlerin yüzeyine ince bir metal tabakası uygulanması.

Evde yemek pişirmek için kullandığımız doğal yanıcı gaz renksiz ve kokusuzdur. Bu nedenle, bir gaz kaçağını hemen fark etmek zor olacaktır. Difüzyon nedeniyle sızıntı olması durumunda ise gaz odaya yayılır. Bu arada, kapalı bir odada belirli bir gaz-hava oranında, örneğin yanan bir kibritten patlayabilecek bir karışım oluşur. Gaz ayrıca zehirlenmeye neden olabilir.

Odaya gaz akışını fark edilir kılmak için, dağıtım istasyonlarında yanıcı gaz, bir kişi tarafından çok düşük bir konsantrasyonda bile kolayca hissedilen keskin, hoş olmayan bir kokuya sahip özel maddelerle önceden karıştırılır. Bu önlem, bir sızıntı olması durumunda odadaki gaz birikimini hızlı bir şekilde fark etmenizi sağlar.

Modern endüstride, sac termoplastiklerden ürünler üretmek için bir yöntem olan vakumla şekillendirme kullanılır. Levhanın üzerine sabitlendiği kalıp boşluğundaki seyrekleşme nedeniyle oluşan basınç farkı nedeniyle gerekli konfigürasyonun ürünü elde edilir. Örneğin, kapların, buzdolaplarının parçalarının, alet kılıflarının üretiminde kullanılır. Bu şekilde difüzyon nedeniyle, kendi kendine kaynak yapılamayan bir şeyi kaynaklamak mümkündür (camlı metal, cam ve seramik, metaller ve seramik ve çok daha fazlası).

Çeşitli uranyum izotoplarının gözenekli membranlardan difüzyonu nedeniyle nükleer reaktörler için yakıt elde edilmiştir. Bazen nükleer yakıta nükleer yakıt denir.

Maddelerin deri altı dokuya, kaslara verildiğinde veya göz, burun, kulak kanalı derisinin mukoza zarlarına uygulandığında emilimi (rezorpsiyonu) esas olarak difüzyon nedeniyle oluşur. Bu, birçok tıbbi maddenin kullanımının temelidir ve kaslarda emilim deriden daha hızlı gerçekleşir.

Halk bilgeliği şöyle der: "tırpanı çiy olana kadar biçin." Söyleyin bana, difüzyon ve sabah biçmenin bununla ne ilgisi var? Açıklama çok basit. Sabah çiyi sırasında, çimlerin artan turgor basıncı, açık stomaları, elastik gövdeleri vardır, bu da biçmelerini kolaylaştırır (kapalı stomalı biçilmiş çimler daha kötü kurur).

Bahçecilikte, bitkilerin bölümlere tomurcuklanması ve aşılanması sırasında, difüzyon nedeniyle kallus oluşur (Latince Nasır - mısırdan) - hasar bölgelerinde bir akış şeklinde yara dokusu ve iyileşmelerini teşvik eder, füzyonunu sağlar. anaç ile filiz.

Kallus, izole edilmiş doku kültürü elde etmek için kullanılır (eksplantasyon). Bu, insan, hayvan ve bitki vücudundan izole edilmiş hücrelerin, dokuların, küçük organların veya bunların parçalarının özel besin ortamlarında uzun süreli koruma ve yetiştirme yöntemidir. Asepsi, beslenme, gaz değişimi ve ekili nesnelerin metabolik ürünlerinin uzaklaştırılmasını sağlayan bir mikroorganizma kültürü yetiştirme yöntemlerine dayanır. Doku kültürü yönteminin avantajlarından biri, hücrelerin hayati aktivitesini mikroskop kullanarak gözlemleme yeteneğidir. Bunun için bitki dokusu, oksin ve sitokinin içeren besin ortamlarında büyütülür. Nasır genellikle eğitim dokusunun zayıf şekilde farklılaşmış homojen hücrelerinden oluşur, ancak büyüme koşullarındaki bir değişiklikle, öncelikle besin ortamındaki fitohormonların içeriği, içinde floem, ksilem ve diğer dokuların oluşumu ve ayrıca gelişme mümkündür. çeşitli organlar ve tüm bitki.

II.7. Bireysel deneylerin tasarımı.

Bilimsel literatürü kullanarak benim için en ilginç olan deneyleri tekrarlamaya çalıştım. Difüzyon mekanizmasını ve bu deneylerin sonuçlarını animasyon modelleri şeklinde sunumda anlattım.

DENEYİM 1.İki test tüpü alın: bir yarısı suyla, diğer yarısı kumla dolu. Suyu kumlu bir test tüpüne dökün. Test tüpündeki su ve kum karışımının hacmi, su ve kumun hacimlerinin toplamından küçüktür.

DENEYİM 2. Uzun bir cam tüpün yarısını suyla doldurun ve üzerine renkli alkol dökün. Tüpteki toplam sıvı seviyesini lastik bir halka ile işaretleyin. Su ve alkol karıştırıldıktan sonra karışımın hacmi azalır.

(1 ve 2. deneyler, maddenin parçacıkları arasında boşluklar olduğunu kanıtlıyor; difüzyon sırasında, madde parçacıkları - bir uzaylı ile dolduruluyorlar.)

DENEYİM 3. Amonyak ile nemlendirilmiş bir pamuğu, bir fenolftalein indikatörü ile nemlendirilmiş bir pamuk yünü ile temas ettiriyoruz. Ahududu renginde yapağının lekelenmesini gözlemliyoruz.

Şimdi amonyak ile nemlendirilmiş bir pamuklu çubuk bir cam kabın dibine yerleştirilir ve fenolftalein ile nemlendirilir. Kapağa takıp cam kabı bu kapakla kapatıyoruz. Bir süre sonra fenolftalein ile nemlendirilmiş pamuk lekelenmeye başlar.

Amonyak ile etkileşimi sonucunda fenolftalein, pamuk yünü temas ettiğinde gözlemlediğimiz kıpkırmızı olur. Ama neden, o zaman, ikinci durumda, fenolftalein ile nemlendirilmiş bir pamuk yünü. Ayrıca, yapağı temas ettirilmediği için mi lekeleniyor? Cevap: Madde parçacıklarının sürekli kaotik hareketi.

DENEYİM 4. Uzun silindirik bir kabın içindeki duvar boyunca, bir fenolftalein indikatörü çözeltisi ile bir nişasta macunu karışımı ile emprenye edilmiş dar bir filtre kağıdı şeridini indirin. İyot kristallerini kabın dibine yerleştirin. Kabı, amonyak çözeltisine batırılmış pamuğun askıya alındığı bir kapakla sıkıca kapatın.

İyotun nişasta ile etkileşimi nedeniyle, bir kağıt şeridi üzerinde mavi-mor bir renk yükselir. Aynı zamanda, amonyak moleküllerinin hareketinin kanıtı olarak aşağıya doğru koyu kırmızı bir renk yayılır. Birkaç dakika sonra kağıdın renkli alanlarının sınırları birleşecek ve ardından mavi ve kıpkırmızı renkler karışacak, yani difüzyon meydana gelecektir.[ 10]

DENEYİM 5.(birlikte harcarlar) İkinci el ile bir saat, bir mezura, bir şişe tuvalet suyu alın ve odanın farklı köşelerinde durun. Biri zamanı not eder ve şişeyi açar. Bir diğeri, tuvalet suyunun kokusunu aldığı zamanı not eder. Deneyciler arasındaki mesafeyi ölçerek yayılma hızını buluruz. Doğruluk için deney 3-4 kez tekrarlanır ve hızın ortalama değeri bulunur. Deneyciler arasındaki mesafe 5 metre ise koku 12 dakika sonra hissedilir. Yani, bu durumda difüzyon hızı 2,4 m/dk'dır.

DENEYİM 6. PLAZMA VİSKOZİTESİNİN PLASMOLİZ YÖNTEMİYLE BELİRLENMESİ (P.A. Genkel'e göre).

ilerleme hızı dışbükey plazmoliz bitki hücrelerinde, hipertanik bir çözelti ile muamele edildiğinde, sitoplazmanın viskozitesine bağlıdır; sitoplazmanın viskozitesi ne kadar düşükse, içbükey plazmoliz o kadar çabuk dışbükey hale gelir. Sitoplazmanın viskozitesi, kolloidal partiküllerin dağılım derecesine ve bunların hidrasyonuna, hücredeki su içeriğine, hücrelerin yaşına ve diğer faktörlere bağlıdır.

İlerlemek. Bir aloe yaprağından epidermisin ince bir kesimini yapın veya epidermisi yumuşak soğan pullarından soyun. Hazırlanan kesitler saat camında 1:5000 konsantrasyonda nötr kırmızı solüsyonda 10 dakika süreyle boyanır. Daha sonra nesnenin bölümleri, düşük konsantrasyonda bir sakaroz damlası içinde bir cam slayt üzerine yerleştirilir ve bir lamel ile kaplanır. Mikroskop altında, plazmoliz durumu not edilir. İlk olarak, hücrelerde içbükey plazmoliz not edilir. Gelecekte, bu form ya korunur ya da bir hızda veya başka bir şekilde dışbükey bir forma geçer. İçbükeyden dışbükey plazmolize geçiş zamanını not etmek önemlidir. İçbükey plazmolizin dışbükey hale dönüştüğü zaman aralığı, protoplazmanın viskozite derecesinin bir göstergesidir. Dışbükey plazmolize geçiş süresi ne kadar uzun olursa, plazmanın viskozitesi o kadar büyük olur. Soğan hücrelerinde plazmoliz, aloe derisinden daha hızlı başlar. Bu, aloe hücrelerinin sitoplazmasının daha viskoz olduğu anlamına gelir.

DENEYİM 7. PLASMOLİZ. DEPLASMOLİZ. MADDELERİN VAKÜOL İÇİNE NEMLENDİRİLMESİ [2]

Bazı organik maddeler kofula hızla nüfuz eder. Hücrelerde, bu tür maddelerin çözeltilerinde tutulduklarında, plazmoliz nispeten hızlı bir şekilde kaybolur ve deplazmoliz meydana gelir.

Deplasmoliz, hücrelerde turgorun restorasyonu(yani, plazmolizin tersi).

İlerlemek. Boyalı soğan pullarının üst epidermisinin bölümleri (içbükey taraf), bir lamel ile kaplanmış, doğrudan bir cam slayt üzerinde bitkiler için 1 M üre veya gliserin gübresi damlasına yerleştirilir. 15-30 dakika sonra nesneler mikroskop altında incelenir. Plazmolize hücreler açıkça görülebilir. Bölümleri bir damla solüsyonda 30-40 dakika daha bırakın. Sonra tekrar mikroskop altında incelenirler ve deplazmoliz gözlenir - turgorun restorasyonu.

Çözüm : Bitkiler, hücrelere giren ve çıkan kimyasalların miktarını tam olarak kontrol edemez.

III. Çözüm.

Difüzyon yasaları, dünyanın iç kısmındaki ve Evrendeki elementlerin fiziksel ve kimyasal hareketlerinin yanı sıra canlı organizmaların hücrelerinin ve dokularının hayati aktivite süreçlerine tabidir. Difüzyon, bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarında, canlı ve cansız doğada meydana gelen süreçlerde önemli bir rol oynar. Difüzyon, birçok kimyasal reaksiyonun yanı sıra birçok fiziksel ve kimyasal süreç ve fenomenin seyrini etkiler: zar, buharlaşma, yoğunlaşma, kristalleşme, çözünme, şişme, yanma, katalitik, kromatografik, ışıldayan, yarı iletkenlerde elektrik ve optik, nükleerde nötron moderasyonu reaktörler vb. Difüzyon, faz sınırlarında çift elektrik katmanının oluşumunda, difüzyon ve elektroforezde, hızlı görüntü alımı için fotoğrafik işlemlerde vb. büyük önem taşır. Difüzyon, birçok yaygın teknik işlemin temelini oluşturur: toz sinterleme, kimyasal-termal işlem metallerin metalize edilmesi ve kaynaklanması, deri ve kürk tabaklanması, liflerin boyanması, difüzyon pompaları ile hareketli gazlar. Difüzyonun rolü, gelişen teknoloji alanları (nükleer enerji mühendisliği, uzay bilimi, radyasyon ve plazma-kimyasal süreçler, vb.) için önceden belirlenmiş özelliklere sahip malzemeler yaratma ihtiyacı nedeniyle önemli ölçüde artmıştır. Difüzyonu yöneten yasaları bilmek, yüksek yükler ve sıcaklıklar, ışınlama ve çok daha fazlasının etkisi altında meydana gelen ürünlerde istenmeyen değişiklikleri önlemeyi mümkün kılar...

Yayılma olmadan dünya nasıl olurdu? Parçacıkların termal hareketini durdurun - ve etraftaki her şey ölecek!

Çalışmamda özet konusuyla ilgili toplanan materyalleri özetledim ve savunması için Power Point editöründe yapılmış bir sunum hazırladım. Bu sunum, bence, bu konudaki dersin materyalini çeşitlendirebilecek. Literatürde açıklanan deneylerin bazıları benim tarafımdan tekrarlandı ve biraz değiştirildi. Difüzyonun en ilginç örnekleri animasyon modellerindeki sunum slaytlarında sunulmaktadır.

IV. Kullanılmış Kitaplar:

1. V.F. Antonov, A.M. Chernysh, V.I. Pasechnik, ve diğerleri, Biophysics.

M., Arktos-Vika-basın, 1996

2. Afanasiev Yu.I., Yurina N.A., Kotovsky E.F. vb. Histoloji.

M. Tıp, 1999.

3. Alberts B., Bray D., Lewis J. ve diğerleri, Hücrenin moleküler biyolojisi.

3 ciltte. Cilt 1. M., Mir, 1994.

4. Cyril ve Methodius'un Büyük Ansiklopedisi 2006

5. Varikash V.M. ve diğerleri Vahşi yaşamda fizik. Minsk, 1984.

6. Demyankov E.N. Biyolojideki görevler. M. Vlados, 2004.

7. Nikolaev N.I. Membranlarda difüzyon. M. Kimya, 1980, s.76

8. Peryshkin A.V. Fizik. 7. M. Bustard, 2004.

9. Fiziksel Ansiklopedik Sözlük, M., 1983, s. 174-175, 652, 754

10. Shablovsky V. Eğlenceli fizik. Petersburg, "trigon" 1997, s.416

11.xttp//biyo. fisten/ru./

12. xttp//markiv. narod.ru/

13. "http://en.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%84%D1%84%D1%83%D0%B7%D0%B8%D1%8F" Kategoriler: Atom seviyesindeki olaylar | Termodinamik olaylar | Transfer fenomeni | difüzyon