II. Явление диффузии, его сущность.

Описание процесса диффузии.

    Как мы знаем, молекулы любого вещества пребывают на некотором расстоянии друг от друга и непрерывно беспорядочно движутся. Именно поэтому отдельные молекулы, к примеру, аммиака, беспорядочно двигаясь, просачиваются в промежутки между молекулами воздуха, сталкиваются с ними и, таким образом, передвигаются все дальше и дальше от источника, т.е. от открытой пробирки с аммиаком. Это движение носит безостановочный и хаотичный характер. Сталкиваясь с молекулами газов, входящих в состав воздуха, молекулы аммиака много раз сменяют направление своего движения и, хаотично передвигаясь, разлетаются по всей комнате. Это и есть явление диффузии.

Диффузия в газах и жидкостях происходит легче и быстрее, чем диффузия в твердых телах, так как молекулы в газах и жидкостях, соответственно, движутся свободнее, и расстояние между ними больше, чем в твердом теле.

Движения частиц при диффузии совершенно случайны, все направления смещения равновероятны.

Объяснение процесса диффузии.

Так как частицы передвигаются и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то в этих веществах вероятна диффузия. Диффузия – перенос вещества, обусловленный самопроизвольным выравниванием неоднородной концентрации атомов или молекул разного вида. Если в сосуд впустить порции разных газов, то через некоторый промежуток времени все газы равномерно смешиваются: число молекул каждого вида в единице объёма сосуда станет постоянным, концентрация выравнивается.

Диффузия объясняется так. Сначала между двумя телами чётко видна граница раздела двух сред (рис.1а). Затем, вследствие своего движения отдельные частицы веществ, находящихся около границы, обмениваются местами.

Граница между веществами расплывается (рис.1б). Проникнув между частицами другого вещества, частицы первого начинают обмениваться местами с частицами второго, находящимися во всё более глубоких слоях. Граница раздела веществ становится ещё более расплывчатой. Благодаря непрерывному и беспорядочному движению частиц этот процесс приводит в конце концов к тому, что раствор в сосуде становится однородным (рис.1в).

                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

 

 

а)                                       б)                                                в)

Рис.1. Объяснение явления диффузии.

Скорость диффузии растет с увеличением температуры.

III. Значение диффузии.

Роль диффузии в природе

Явление диффузии оказывает большую роль в природе. Так, например, благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли. Нижний слой атмосферы – тропосфера – состоит из смеси газов: азота, кислорода, углекислого газа и паров воды. При отсутствии диффузии произошло бы расслоение под действием силы тяжести: внизу оказался бы слой тяжёлого углекислого газа, над ним – кислород, выше – азот и инертные газы.

К.А. Тимирязев говорил: «Будем ли мы говорить о питании корня за счёт веществ, находящихся в почве, будем ли говорить о воздушном питании листьев за счет атмосферы или питании одного органа за счёт другого, соседнего, – везде для объяснения мы будем прибегать к тем же причинам: диффузия».

Действительно, в растительном мире также огромна роль диффузии. К примеру, большое развитие листвы деревьев объясняется тем, что диффузионный обмен сквозь поверхность листьев выполняет не только функцию дыхания, но отчасти и питания. В настоящее время обширно применяется внекорневая подкормка плодовых деревьев путем опрыскивания их листвы. Благодаря диффузии растение получает минеральные вещества и воду из земли.

Без этого явления не было бы и животного мира. Диффузия воздействует не только на физиологические процессы, происходящие в организме животных: таких как, к примеру, регуляция солевого баланса. Благодаря диффузии они отыскивают себе пищу. Акулы, например, чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров. Бабочки, порхая меж растений, постоянно обнаруживают дорогу к красивому цветку. Пчелы, заметив сладкий объект, штурмуют его своим роем.

Огромную роль играют диффузные процессы в снабжении природных водоёмов и аквариумов кислородом. Кислород попадает в более глубокие слои воды в стоячих водах за счёт диффузии через их свободную поверхность. Летом, наблюдая за муравьями, я обычно размышлял над тем, как они в огромном для них мире, узнают дорогу домой. Оказалось, и эту загадку открывает явление диффузии. Муравьи проставляют свой маршрут каплями пахучей жидкости.

              

Благодаря диффузии, насекомые обнаруживают себе еду. Бабочки, порхая меж растений, всегда находят путь к красивому цветку. Пчелы, заметив сладкий объект, штурмуют его своим роем.

 А растение разрастается, цветет для них тоже благодаря диффузии. Ведь мы говорим, что растение дышит и выдыхает воздух, пьет воду, получает из земли разные микродобавки.

 Хищные животные ищут своих жертв тоже благодаря диффузии. Акулы чувствуют аромат крови на расстоянии нескольких километров, также, как и рыбы пираньи.

 Экосистема окружающей среды портится за счёт сбросов в атмосферу, в воду химических и всяческих пагубных веществ, и это всё разносится и засоряет огромные территории. А вот деревья выделяют кислород и поглощают углекислый газ с помощью диффузии.

 На принципе диффузии основано смешивание пресной воды с соленой при впадении рек в моря. Диффузия растворов различных солей в земле содействует нормальному питанию растений.

 Во всех приведенных примерах мы наблюдаем обоюдное проникновение молекул веществ, т.е. диффузию. На этом процессе основаны многие физиологические процессы в организме человека и животных: такие как дыхание, всасывание и др. В общем, диффузия имеет огромное значение в природе, но это явление также зловредно в отношении засорения окружающей среды.