بیایید با این واقعیت شروع کنیم که مایع یک حالت میانی از تجمع است. در نقطه جوش بحرانی شبیه گازها است و در دماهای پایین خصوصیاتی شبیه به جامد ظاهر می شود. یک مایع مدل ایده آلی ندارد، که به طور قابل توجهی توصیف خواص ترمودینامیکی تعادل، نقطه انجماد، ویسکوزیته، انتشار، هدایت حرارتی، کشش سطحی، آنتروپی، آنتالپی را پیچیده می کند.
تعریف
انتشار چیست؟ این انتشار، توزیع، حرکت ذرات محیط است که منجر به انتقال ماده، ایجاد غلظت تعادل می شود. در غیاب تأثیرات خارجی، این فرآیند توسط حرکت حرارتی ذرات تعیین می شود. در این حالت، فرآیند انتشار با غلظت نسبت مستقیم دارد. شار انتشار به طور مشابه با گرادیان غلظت تغییر خواهد کرد.
انواع
اگر انتشار در مایع با تغییر دما ادامه یابد، به آن انتشار حرارتی می گویند، در میدان الکتریکی - انتشار الکترونی.
فرایند حرکت ذرات بزرگ در مایع یا گاز در زیر رخ می دهدقوانین حرکت براونی.
ویژگی های جریان
انتشار در گازها، مایعات و جامدات با سرعت های متفاوتی انجام می شود. به دلیل تفاوت در ماهیت حرکت حرارتی ذرات در محیط های مختلف، این فرآیند دارای حداکثر سرعت در گازها و حداقل سرعت در جامدات است.
مسیر ذره یک خط شکسته است، زیرا جهت و سرعت به طور متناوب تغییر می کند. به دلیل حرکت نامنظم، حذف تدریجی ذره از موقعیت اصلی خود مشاهده می شود. جابجایی آن در امتداد یک خط مستقیم بسیار کوتاهتر از مسیری است که در یک مسیر شکسته انجام می شود.
قانون فیک
انتشار در مایع از دو قانون فیک پیروی می کند:
- چگالی شار انتشار با غلظت با ضریب انتشار نسبت مستقیم دارد؛
- نرخ تغییر در چگالی شار انتشار مستقیماً با نرخ تغییر غلظت متناسب است و جهت مخالف دارد.
انتشار در یک مایع با جهش مولکول ها از یک موقعیت تعادلی به موقعیت دیگر مشخص می شود. هر یک از این جهش ها زمانی مشاهده می شود که انرژی در حجم کافی برای شکستن پیوند با ذرات دیگر به مولکول داده می شود. پرش متوسط از فاصله بین مولکول ها تجاوز نمی کند.
هنگامی که درباره چیستی انتشار در مایع بحث می کنیم، توجه می کنیم که این فرآیند به دما بستگی دارد. با افزایش آن، "شل شدن" ساختار مایع رخ می دهد، در نتیجه افزایش شدیدی درتعداد پرش ها در واحد زمان.
انتشار در گازها، مایعات و جامدات دارای برخی ویژگی های متمایز است. به عنوان مثال، در جامدات، مکانیسم با حرکت اتم ها در داخل شبکه کریستالی مرتبط است.
ویژگی های پدیده
انتشار در یک مایع به دلیل این واقعیت که با یکسان شدن غلظت یک ماده در یک محیط اولیه ناهمگن همراه است، مورد توجه عملی است. به طور قابل توجهی ذرات بیشتری از مناطق با غلظت بالا فرار می کنند.
آزمایشات
آزمایش‌ها با مایعات نشان داده‌اند که انتشار در سینتیک شیمیایی اهمیت ویژه‌ای دارد. در طول یک فرآیند شیمیایی روی سطح واکنش دهنده ها یا یک کاتالیزور، این فرآیند به تعیین سرعت حذف محصولات واکنش و افزودن معرف های اولیه کمک می کند.
چه چیزی انتشار در مایعات را توضیح می دهد؟ مولکول های حلال می توانند از طریق غشاهای نیمه شفاف نفوذ کنند و در نتیجه فشار اسمزی ایجاد شود. این پدیده در روش های شیمیایی و فیزیکی برای جداسازی مواد کاربرد پیدا کرده است.
سیستم های بیولوژیکی
در این مورد، مدل های انتشار را می توان به عنوان مثال ورود اکسیژن هوا به ریه ها، جذب محصولات گوارشی از روده به خون، جذب عناصر معدنی توسط موهای ریشه در نظر گرفت. انتشار یون‌ها در طول تولید تکانه‌های بیوالکتریک توسط سلول‌های عضلانی و عصبی رخ می‌دهد.
عامل فیزیکی که تأثیر می گذاردانتخابی بودن تجمع عناصر خاص در سلول های بدن، میزان متفاوت نفوذ یون ها از طریق غشای سلولی است. این فرآیند را می توان با قانون فیک بیان کرد و مقدار ضریب انتشار را با نفوذپذیری غشاء جایگزین کرد و به جای گرادیان غلظت از اختلاف مقادیر در دو طرف غشا استفاده کرد. با نفوذ نفوذ آب و گازها به داخل سلول، نشانگرهای فشار اسمزی خارج و داخل سلول تغییر می کند.
با تجزیه و تحلیل اینکه انتشار به چه چیزی بستگی دارد، توجه می کنیم که انواع مختلفی از این فرآیند وجود دارد. شکل ساده با انتقال آزاد یون ها و مولکول ها به سمت گرادیان پتانسیل الکتروشیمیایی آنها همراه است. به عنوان مثال، این گزینه برای آن دسته از موادی که مولکول های آنها اندازه کوچکی دارند مناسب است، به عنوان مثال، متیل الکل، آب.
نوع محدود انتقال ضعیف ماده را فرض می کند. برای مثال، حتی ذرات کوچک نیز نمی توانند به داخل یک سلول نفوذ کنند.
صفحات تاریخچه
انتشار در دوران شکوفایی فرهنگ یونان باستان کشف شد. دموکریتوس و آناکسوگوراس متقاعد شده بودند که هر ماده ای از اتم تشکیل شده است. آنها تنوع مواد رایج در طبیعت را با ارتباط بین اتم های منفرد توضیح دادند. آنها فرض کردند که این ذرات می توانند با هم مخلوط شوند و مواد جدیدی تشکیل دهند. در میان بنیانگذاران نظریه مولکولی جنبشی، که مکانیسم انتشار را توضیح داد، میخائیل لومونوسوف نقش ویژه ای ایفا کرد. آنها تعریفی از یک مولکول، یک اتم دادند و مکانیسم انحلال را توضیح دادند.
آزمایشات
تجربه با شکر به شما امکان می دهد تمام ویژگی های انتشار را درک کنید. اگر یک تکه شکر را در چای سرد قرار دهید، به تدریج شربت غلیظی در ته فنجان تشکیل می شود. با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است. بعد از مدتی شربت به طور مساوی در تمام حجم مایع پخش می شود و دیگر قابل مشاهده نخواهد بود. این فرآیند به طور خود به خود ادامه می یابد و شامل مخلوط کردن اجزای محلول نمی شود. به همین ترتیب، رایحه عطر در تمام اتاق پخش می شود.
آزمایش‌های فوق نشان می‌دهد که انتشار فرآیندی خود به خودی از نفوذ مولکول‌های یک ماده به ماده دیگر است. با وجود گرانش، انتشار ماده در همه جهات رخ می دهد. چنین فرآیندی تأیید مستقیم حرکت ثابت مولکول‌های ماده است.
بنابراین، در مثال بالا، انتشار مولکول های قند و آب انجام می شود که با توزیع یکنواخت مولکول های ماده آلی در سراسر حجم مایع همراه است.
آزمایش ها تشخیص انتشار را نه تنها در مایعات، بلکه در مواد گازی نیز ممکن می سازد. برای مثال می توانید ظرفی با بخار اتر روی ترازو نصب کنید. به تدریج فنجان ها به تعادل می رسند، سپس لیوان اتر سنگین تر می شود. دلیل این پدیده چیست؟
با گذشت زمان، مولکول های اتر با ذرات هوا مخلوط می شوند و بوی خاصی در اتاق احساس می شود. در یک دوره فیزیک دبیرستان، آزمایشی در نظر گرفته می شود که در آن معلم یک دانه پرمنگنات پتاسیم (پرمنگنات پتاسیم) را در آب حل می کند. در ابتدا، یک مسیر واضح از حرکت دانه قابل مشاهده است،اما به تدریج کل محلول یک سایه یکنواخت به دست می آورد. بر اساس آزمایش، معلم ویژگی‌های انتشار را توضیح می‌دهد.
برای شناسایی عوامل موثر بر سرعت فرآیند در مایعات، می توانید از آب با دماهای مختلف استفاده کنید. در یک مایع داغ، فرآیند اختلاط متقابل مولکول‌ها بسیار سریع‌تر مشاهده می‌شود، بنابراین، رابطه مستقیمی بین مقدار دما و سرعت انتشار وجود دارد.
نتیجه گیری
آزمایش‌هایی که با گازها، مایعات و جامدات انجام می‌شود، فرمول‌بندی قوانین فیزیک، برقراری رابطه بین مقادیر فردی را ممکن می‌سازد.
در نتیجه آزمایش ها بود که مکانیسم نفوذ متقابل ذرات یک ماده به ماده دیگر مشخص شد، ماهیت آشفته حرکت آنها ثابت شد. از نظر تجربی، مشخص شد که انتشار در مواد گازی سریع‌ترین اتفاق می‌افتد. این فرآیند برای حیات وحش اهمیت زیادی دارد، در علم و فناوری استفاده می شود.
به لطف این پدیده، ترکیب همگن جو زمین حفظ می شود. در غیر این صورت، طبقه بندی تروپوسفر به مواد گازی جداگانه مشاهده می شود و دی اکسید کربن سنگین که برای تنفس نامناسب است، در نزدیکترین فاصله به سطح سیاره ما خواهد بود. به چه چیزی منجر می شود؟ حیات وحش به سادگی وجود نخواهد داشت.
نقش انتشار در دنیای گیاهان نیز بسیار زیاد است. تاج سرسبز درختان را می توان با تبادل انتشار از طریق سطح برگ ها توضیح داد. در نتیجه، نه تنها تنفس، بلکه تغذیه درخت نیز انجام می شود. در حال حاضر در کشاورزیاز تغذیه برگی بوته ها و درختان استفاده می شود که شامل سمپاشی طوقه با ترکیبات شیمیایی خاص است.
در هنگام انتشار است که گیاه مواد مغذی را از خاک دریافت می کند. فرآیندهای فیزیولوژیکی در موجودات زنده نیز با این پدیده همراه است. به عنوان مثال، تعادل نمک بدون انتشار غیرممکن است. چنین فرآیندهایی در تامین اکسیژن دریاچه ها و رودخانه ها از اهمیت بالایی برخوردار است. گاز دقیقاً با انتشار وارد اعماق مخزن می شود. اگر چنین فرآیندی وجود نداشت، حیات در داخل مخزن وجود نخواهد داشت.
مصرف داروهایی که به فرد اجازه می دهد از خود در برابر عوامل بیماری زا بیماری های مختلف محافظت کند و بهزیستی را بهبود بخشد نیز بر اساس انتشار است. از این پدیده در جوشکاری فلزات، تولید آب قند از چیپس چغندر و تهیه شیرینی جات استفاده می شود. یافتن چنین شاخه ای از صنعت مدرن که در آن از انتشار استفاده نمی شود، دشوار است.
