Диффузия дегеніміз не?
Диффузия — бұл бір заттың молекулаларының екінші заттың молекулалары арасында өзара ену процесі. Бұл жағдайда заттың тасымалдануы жоғары концентрациясы бар аймақтан төмен концентрациясы бар аймаққа өтеді.
Көптеген басқа физикалық терминдер сияқты бұл сөз де ежелгі римдіктер тілінде — латын тілінде шыққан. Diffusio — таралу, дисперсия, өзара әрекеттесу.
Заттың құрылымы және агрегаттық күйлері
Сіз барлық заттардың молекулалардан тұратынын естіген шығарсыз. Алтын құйма, терезедегі кактус және тіпті сіздің сүйікті гамбургеріңіз осы заттың немесе заттың барлық физикалық және химиялық қасиеттерін тасымалдайтын ең кішкентай бөлшектерден тұрады.
Агрегаттық күйге байланысты газдарда, сұйықтықтарда және қатты денелерде екі нәрсе өзгереді. Біріншіден, молекулалар арасындағы қашықтық. Тақырыпты “қатты”, “күшті”, “пішінді ұстайтын”сөздермен сипаттау үшін молекулалар арасындағы қашықтық қандай болуы керек екенін еске түсірейік (немесе болжайық)? Дұрыс, қашықтық өте аз болуы керек, сондықтан молекулалар жіңішке қатарға орналасады және бір-біріне жабысып, дененің таралуына және пішінін жоғалтуына жол бермейді.
Бұл өтімділік бізге әлі де қажет болса ше? Содан кейін молекулалар арасындағы қашықтықты сәл ұлғайту керек, бірақ өзара әрекеттесу күштері әлі де молекулаларды бір-біріне жақын ұстайды және олар ыдыстың бүкіл көлеміне шашырап кетпейді. Егер сіз оны бүкіл бөлмеде ұстау керек болса, шырынды ішу қаншалықты қиын болатынын елестетіп көріңіз.
Газдармен дәл осындай оқиға орын алады. Газдар (оттегі, сутегі, хлор және басқалары) молекулалардан тұрады, бірақ олардың арасындағы қашықтық соншалықты үлкен, олар Сұйықтықтар мен қатты денелерден өзгеше қасиеттерге ие: газдар берілген көлемнің барлығын алады, оңай сығылады, пішіні жоқ.
Заттың күйіне байланысты молекулалардың қозғалыс жылдамдығы да өзгереді (жылдамдық температураға да байланысты). Қатты денелерде молекулалар кристалдық торлар деп аталады, біз бұл туралы жоғарыда айттық. Бұл қатаң құрылым молекулалардың ұшуына жол бермейді олар ойлаған жерде және бауырларымен соқтығысады. Молекулаларға кедей болып қалатын нәрсе-өз орындарында дірілдеу және агрегат күйін басқа күйге өзгертуге болатын Кездерді күту.
Заттың температурасы көтеріліп, маңызды мәнге жеткенде, дене ери бастайды-сұйықтыққа айналады. Молекулалар толық еркіндікке ие болмаса да, белсенді қозғала бастайды. Олар өз орындарынан секіре алады, басқа молекулалармен соқтығысады — белсенді өмір салтын жүргізеді. Сұйықтықтың температурасы неғұрлым жоғары болса, молекулалар соғұрлым тез қозғалады.
Ал газ күйіне ауысқан кезде толық еркіндік пайда болады. Молекулалар бір-бірімен барлық байланыстарды бұзады, ұшу жылдамдығы, құлау сұлулығы және соқтығысу саны бойынша бәсекелес сияқты өте жылдам және ретсіз қозғалады.
Осы тақырып бойынша броундық қозғалысты да атап өткен жөн. Бұл диффузияға ұқсайды ма?
Броундық қозғалыс — сұйық немесе газ бөлшектерінің жылу қозғалысынан туындаған сұйықтықтағы немесе газдағы микроскопиялық көрінетін суспензия бөлшектерінің тұрақсыз қозғалысы.
Көріп отырғанымыздай, броундық қозғалыс сұйықтықтардағы немесе газдардағы микробөлшектердің ретсіз қозғалысына жауап береді, ал диффузия құбылысының арқасында заттар бір-біріне енеді.
Газ диффузиясы
Кішкене эксперимент жасайық бұл сізге ұнайтыны сөзсіз. Ата-аналарды залға отырғызып, қоршаған ортаны бақылап, не өзгергенін түсінуді сұраймыз. Келесі бөлмеге кіріп, апельсинді аршайық. Ата-аналар цитрус иісін қаншалықты тез сезінеді? Мүмкін өте жақын арада. Бір апельсинді тезірек жеуге болады.
Кішкене эксперимент жасайық — сізге ұнайтыны сөзсіз. Біз ата-аналарды залға отырғызып, қоршаған ортаны қадағалап, не өзгергенін түсінуді сұраймыз. Біз өзіміз көрші бөлмеге барып, апельсинді тазалай бастаймыз. Ата-аналар цитрустың хош иісін қаншалықты тез сезінеді? Көбінесе өте жақын арада. Сіз апельсинді жалғыз жегеннен гөрі.
Ал егер сіз уәде етсеңіз де, қоқысты шығаруды ұмытып қалсаңыз? Жағымсыз иіс сізді тез арада шығарады.
Иістердің ауа арқылы таралуы қалай жүреді? Дұрыс жауап — диффузия! Газдардағы молекулалар арасындағы қашықтық (және ауа — газ) жеткілікті үлкен, сондықтан олардың арасында басқа бөлшектер оңай өтеді. Заттың молекулалары ауа бөлшектері арасында маневр жасайды және бір үлкен компанияға араласады.
Сұйықтықтардың диффузиясы
Егер сіз аздап шаршасаңыз, қысқа үзіліс жасап, ыстық шай ішуге болады. Мүмкін кофе немесе какао? Сізге қандай сусын ұнайды? Сүтпен немесе онсыз?
Бұл біз зерттейтін тақырып аясында маңызды ма? Шынында да, шай немесе кофе дайындау сияқты қарапайым тапсырмада да диффузияны байқауға болады.
Өйткені, шайдың молекулалары су молекулалары арасындағы кеңістіктерге еніп, біртекті қоспаны алғанша бір-бірімен араласады. Дәл осындай процесс сүт, сироптар және басқа ингредиенттер қосылған кезде орын алады, бұл процесс газдарда болатындай.
Жалғыз айырмашылық — диффузия жылдамдығы. Сұйықтықтарда молекулалар арасындағы қашықтық аз, яғни басқа молекулаларды сығу қиынырақ — бұл ұзағырақ уақыт алады.
Сұйықтықтардың диффузиясы температураға да байланысты. Сондықтан Шайды суық суға емес, ыстық суға қайнату немесе ыстық сорпаны тұздау мағынасы бар.
Сұйықтықтардың диффузиясы температураға да байланысты. Сондықтан шайды суық суға емес, ыстық суға қайнатқан дұрыс.
Қатты заттардың диффузиясы
Қалай ойлайсыз, қатты заттардың диффузиясы мүмкін бе? Ол қаншалықты тез жалғасады?
Ия, диффузия мүмкін, және иә, ол өте баяу жүреді. Бір қатты заттың молекулалары екіншісіне бірнеше миллиметрге енуі үшін күндер мен айлар емес, жылдар қажет болады! Мұның себебі — молекулалар арасындағы өте аз қашықтық және олардың кристалдық тор түйіндеріндегі орналасуы.
Қатты диффузияның ең көп таралған мысалдары көбінесе металдармен байланысты. Кәдімгі өмірде біз алюминий мен темір, алтын мен күмісті қамтитын көптеген заттарды қолданамыз. Дәнекерлеу және балқыту технологиясын қолданбай Скутер жасау үшін ондаған жыл күтуге тура келеді-және сіз оны немерелеріңізбен бірге мінесіз. Ғарыш саласы мен компьютерлік технологияны чиптерімен, чиптерімен және тақталарымен дамыту мүмкін болмас еді.
Қоршаған әлемдегі диффузия
Қоршаған әлемде диффузия бола ма?
Сіз жауапты білесіз деп ойлаймыз. Бұл процесс үнемі жүреді және біз ойламаған көптеген құбылыстардың себебі деп айтуға болады. Кейбір қызықты мысалдарды қарастырайық:
- Қан айналымы: диффузияның арқасында оттегі молекулалары қанға еніп, оларды барлық мүшелерге жеткізеді;
- Тамақтану: тағамның құрамындағы витаминдер мен минералдар дене жасушаларына енеді;
- Cұйықтықтағы заттардың еруі;
- Ауаның гетерогенділігі (ауа – оттегі, көмірқышқыл газы, азот және басқа газдардан тұратын күрделі зат);
- Иістердің таралуы.
