Diffusion dans un liquide: conditions de procédé, exemples. Expériences avec des liquides

Pour commencer, le fluide estétat intermédiaire d'agrégation. Au point d'ébullition critique, il est similaire aux gaz et, à basse température, des caractéristiques similaires à celles d'un solide apparaissent. Un liquide n'a pas de modèle idéal, ce qui complique considérablement la description de ses propriétés thermodynamiques à l'équilibre, de la température de congélation, de la viscosité, de la diffusion, de la conductivité thermique, de la tension superficielle, de l'entropie et de l'enthalpie.

Définition

Qu'est-ce que la diffusion? Il s’agit de l’étalement, de l’étalement, du mouvement des particules du milieu qui conduit au transfert de matière, à l’établissement de concentrations d’équilibre. En l'absence d'influences extérieures, ce processus est déterminé par le mouvement thermique des particules. Dans ce cas, le processus de diffusion est associé à une concentration directement proportionnelle à la dépendance. Le flux de diffusion variera d'une manière similaire à un gradient de concentration.

Variétés

Si la diffusion dans un liquide se produit avec un changement de température, on l'appelle diffusion thermique et dans un champ électrique, on parle d'électrodiffusion.

Le processus de déplacement de grosses particules dans un liquide ou un gaz se produit sous les lois du mouvement brownien.

Caractéristiques d'écoulement

Diffusion dans les gaz, les liquides et les solidesflux à des vitesses différentes. En raison des différences dans la nature du mouvement thermique des particules dans différents milieux, le processus a la vitesse maximale dans les gaz et le chiffre minimum dans les solides.

La trajectoire de la particule est une ligne briséeligne, car change périodiquement de direction et de vitesse. En raison du désordre du mouvement, la particule est retirée progressivement de sa position initiale. Son déplacement en ligne droite est nettement plus court que le trajet qui suit une trajectoire brisée.

Loi fika

La diffusion dans un fluide obéit à deux lois de Fick:

• la densité de flux de diffusion est directement proportionnelle à la concentration avec un coefficient de diffusion;
• le taux de changement de la densité du flux de diffusion est directement proportionnel au taux de changement de concentration et a une direction inverse.

La diffusion dans un fluide est caractérisée par des irrégularitésmolécules d'une position d'équilibre à une autre. Chacun de ces sauts est observé dans le cas du transfert d'énergie à la molécule dans un volume suffisant pour rompre la liaison avec d'autres particules. La valeur moyenne du saut ne dépasse pas la distance entre les molécules.

Arguant sur ce qu'est la diffusion dans un liquide,Notez que le processus dépend de la température. Quand il augmente, la structure du liquide se «desserre», ce qui entraîne une forte augmentation du nombre de sauts par unité de temps.

La diffusion dans les gaz, les liquides et les solides présente certaines caractéristiques distinctives. Par exemple, dans les solides, le mécanisme est associé au mouvement des atomes à l'intérieur du réseau cristallin.

Caractéristiques du phénomène

La diffusion dans un fluide représente une pratiqueintérêt dû au fait qu’elle s’accompagne de l’alignement de la concentration de la substance dans le milieu initialement non homogène. Des zones avec une plus grande concentration de particules vont beaucoup plus.

Expériences

Des expériences avec des liquides ont montré que la diffusion avaitsignification particulière dans la cinétique chimique. Au cours d'un processus chimique à la surface d'une substance ou d'un catalyseur en réaction, ce processus contribue à déterminer la vitesse de retrait des produits de la réaction et à ajouter des réactifs initiaux.

Qu'est-ce qui explique la diffusion dans les liquides? Les molécules de solvant sont capables de pénétrer dans les membranes translucides, entraînant une pression osmotique. Ce phénomène a trouvé une application dans les méthodes chimiques et physiques de séparation des substances.

Systèmes biologiques

Dans ce cas, des modèles de diffusion peuvent être envisagés.sur l'exemple de l'entrée dans les poumons de l'oxygène de l'air, de l'absorption dans le sang des produits de digestion des intestins et de l'absorption d'éléments minéraux par les poils absorbants. La diffusion des ions se produit lors de la génération d'impulsions bioélectriques par les cellules musculaires et nerveuses.

Le facteur physique qui affectela sélectivité de l'accumulation dans les cellules du corps de certains éléments, correspond au taux de pénétration différent des ions à travers la membrane cellulaire. Ce processus peut être exprimé par la loi de Fick, en remplaçant la valeur du coefficient de diffusion par l'indice de perméabilité de la membrane et en remplaçant le gradient de concentration par la différence de valeurs des deux côtés de la membrane. Lors de la pénétration de la diffusion d'eau et de gaz dans la cellule, les indicateurs osmotiques de pression à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule changent.

En analysant ce qui détermine la diffusion, notonsqui distinguent plusieurs types de ce processus. La forme simple est associée au transfert libre d'ions et de molécules vers le gradient de leur potentiel électrochimique. Par exemple, une option similaire convient aux substances dans lesquelles les molécules ont de petites tailles, par exemple l'alcool méthylique, l'eau.

Une option limitée implique un faible transfert de matière. Par exemple, même les petites particules ne peuvent pas pénétrer dans la cellule.

Pages d'histoire

La diffusion a été découverte à l'apogéeculture grecque antique. Démocrite et Anaxogor étaient convaincus que toute substance est constituée d'atomes. Une variété de substances qui sont communes dans la nature, ils ont expliqué les composés entre chaque atome individuel. Ils ont supposé que ces particules pourraient se mélanger pour former de nouvelles substances. Parmi les fondateurs de la théorie de la cinétique moléculaire, qui explique le mécanisme de la diffusion, Mikhail Lomonosov a joué un rôle particulier. On leur a donné la définition de la molécule, atome, expliqué le mécanisme de la dissolution.

Expériences

Expérience avec le sucre vous permet de comprendre toutes les fonctionnalitésdiffusion. Si vous mettez un morceau de sucre dans du thé froid, il se forme progressivement un sirop épais au fond de la tasse. Il est visible à l'œil nu. Après un certain temps, le sirop est uniformément réparti dans tout le volume de liquide et ne sera plus visible. Ce processus se déroule spontanément et n'implique pas de mélange des composants de la solution. De même, il y a une diffusion du parfum de parfum dans toute la pièce.

Ces expériences suggèrent quela diffusion est un processus spontané de pénétration de molécules d'une substance dans une autre. La distribution de la substance se fait dans toutes les directions, malgré la présence de la gravité. Ce processus est une confirmation directe du mouvement constant des molécules de substance.

Ainsi, dans l'exemple ci-dessus, la diffusion des molécules de sucre et d'eau s'accompagne d'une répartition uniforme des molécules de matière organique dans tout le volume de liquide.

Des expériences permettent de détecter la diffusionseulement dans les liquides, mais aussi dans les substances gazeuses. Par exemple, il est possible d'installer un conteneur avec des paires d'éther sur la balance. Peu à peu, les tasses s'équilibreront, puis le verre à l'éther sera plus lourd. Quelle est la raison de ce phénomène?

Au fil du temps, les molécules d'éther sont mélangées avecparticules d’air et dans la pièce commence à sentir une odeur particulière. Une expérience dans laquelle un enseignant dissout un grain de permanganate de potassium (permanganate de potassium) dans de l'eau est envisagée dans un cours de physique de lycée. Au début, un chemin clair du mouvement du grain est visible, mais progressivement la solution entière acquiert une nuance uniforme. Sur la base de l'expérience, l'enseignant explique les caractéristiques de la diffusion.

Identifier les facteurs qui affectent la vitessele processus de flux dans les liquides, vous pouvez utiliser de l'eau de différentes températures. Dans un liquide chaud, le processus de mélange mutuel des molécules est observé beaucoup plus rapidement. Par conséquent, il existe une relation directe entre la valeur de température et le taux de diffusion.

Conclusion

Des expériences menées avec des gaz, des liquides et des solides nous permettent de formuler les lois de la physique, d’établir la relation entre des quantités individuelles.

C'était à la suite des expériences a été établiele mécanisme de pénétration mutuelle de particules d'une substance dans une autre a prouvé le caractère aléatoire de leur mouvement. Des expériences ont montré que la diffusion dans les substances gazeuses se produit le plus rapidement. Ce processus est d'une grande importance pour la faune, il est utilisé en science et technologie.

En raison de ce phénomène, homogènecomposition de l'atmosphère terrestre. Autrement, la troposphère serait séparée en substances gazeuses distinctes et le dioxyde de carbone lourd, inapte à la respiration, serait situé le plus près de la surface de notre planète. À quoi cela mènerait-il? La faune cesserait tout simplement d’exister.

Le rôle de la diffusion dans le monde végétal. La couronne luxuriante des arbres peut être expliquée par un échange de diffusion à travers la surface des feuilles. En conséquence, non seulement la respiration est effectuée, mais aussi la nourriture de l'arbre. Actuellement, dans l'agriculture, l'alimentation foliaire d'arbustes et d'arbres est utilisée, ce qui implique de pulvériser la couronne avec des composés chimiques spéciaux.

C’est pendant la diffusion qu’une plante du sol ales nutriments. Les processus physiologiques se produisant dans les organismes vivants sont également associés à ce phénomène. Par exemple, l'équilibre salin est impossible sans diffusion. De tels processus jouent un rôle extrêmement important dans l’approvisionnement en oxygène des lacs et des rivières. Le gaz pénètre dans les profondeurs du réservoir par diffusion. Si un tel processus était absent, la vie à l'intérieur du réservoir cesserait d'exister.

Médicaments, permettantune personne pour se protéger contre les agents pathogènes de diverses maladies et améliorer son bien-être est également basée sur la diffusion. Ce phénomène est utilisé dans le soudage des métaux, la production de jus de sucre à partir de copeaux de betterave, la préparation de produits de confiserie. Il est difficile de trouver une branche de l'industrie moderne où la diffusion n'est pas appliquée.