Diffuziya sürətini nə müəyyənləşdirir? Diffuziya dərəcəsi

"Elektron mikroskopiyası. Membran." mövzusunun məzmunu:

Təsir edən amillər diffuziya dərəcəsi, daxil birləşdi Fick qanunu. Diffuziya sürətinin aşağıdakı ifadəyə mütənasib olduğunu bildirir:

Beləliklə, hansı molekullar membranlardan keçə bilər diffuziya hesabı? Oksigen və karbon qazı kimi qazlar membranlardan sürətlə yayılır. Su molekulları yüksək qütblü olsalar da, hidrofobik fosfolipid molekulları arasında müdaxilə etmədən sürüşmək üçün kifayət qədər kiçikdirlər.

Eyni zamanda, ionlar və daha böyük polar hidrofobik bölgələrə malik molekullar membranlar dəf edir və buna görə də membrandan çox yavaş keçir. Onların hüceyrəyə daxil olması üçün başqa mexanizmlər tələb olunur.

Bəzi ionlar və qütb molekulları istifadə edərək hüceyrəyə daxil olurlar xüsusi nəqliyyat zülalları. Bunlar kanal zülalları və daşıyıcı zülallardır. Bu zülalların su ilə dolu hidrofilik kanalları və ya məsamələri müəyyən bir ion və ya molekula uyğun gələn ciddi şəkildə müəyyən edilmiş formaya malikdir. Bəzən kanal bir zülal molekulu daxilində deyil, bir neçə qonşu molekul arasında keçir.

Diffuziya kanallar hər iki istiqamətdə gedir. Nəqliyyat zülallarının köməyi ilə bu diffuziya deyilir diffuziyanı asanlaşdırır. İonların keçdiyi nəqliyyat zülallarına ion kanalları deyilir. Tipik olaraq, ion kanalları "qapılar" ilə təchiz edilmişdir, yəni açılıb bağlana bilər. Sinir impulslarının keçirilməsində açılıb bağlana bilən ion kanalları mühüm rol oynayır.

Kanal zülallarında forma sabitdir. Kistik fibroz kimi tanınan xəstəliyin xlorid ionları üçün kanal rolunu oynayan zülaldakı qüsurdan qaynaqlandığı sübut edilmişdir. Daşıyıcı zülallarda isə əksinə, forma saniyədə 100 dövrə qədər sürətli dəyişikliklərə məruz qalır. Onlar iki ştatda mövcuddur və onların fəaliyyət mexanizmi stolüstü tennis oyununa bənzəyir.

Şəkil bu mexanizmin necə işlədiyini göstərir. Bağlama daşıyıcı protein bölgələri bir vəziyyətdə (“ping”) onlar zahirə, digərində (“ponq”) içəriyə baxırlar. Həll edilmiş molekulların və ya ionların konsentrasiyası nə qədər yüksək olarsa, onların bağlanma şansı bir o qədər çox olar. Əgər xaricdəki məhlulun konsentrasiyası, şəkildəki qlükoza nümunəsində olduğu kimi hüceyrə daxilindəkindən yüksək olarsa, bu maddənin real axını içəriyə doğru yönələcək və hüceyrəyə axacaq.

Qlükoza qırmızı qan hüceyrələrinə bu şəkildə daxil olur. Bu cür hərəkət hər şeyə malikdir xarakterik xüsusiyyətlər diffuziya, zülalın iştirakı ilə asanlaşdırılsa da. Asanlaşdırılmış diffuziyanın başqa bir nümunəsi, xlorid sürüşməsi adlanan zaman qırmızı qan hüceyrələri və qan plazması arasında xlorid və bikarbonat ionlarının hərəkətidir. Bu, membranların qismən və seçici keçiriciliyini təmin edən mexanizmlərdən biridir.

Fizikadakı çoxsaylı hadisələr arasında diffuziya prosesi ən sadə və başa düşülənlərdən biridir. Axı, hər səhər aromatik çay və ya qəhvə hazırlayarkən, insanın bu reaksiyanı praktikada müşahidə etmək imkanı var. Bu proses və onun müxtəlif birləşmə vəziyyətlərində baş vermə şərtləri haqqında daha çox öyrənək.

Diffuziya nədir

Bu söz bir maddənin molekullarının və ya atomlarının digərinin oxşar struktur vahidləri arasında nüfuz etməsinə aiddir. Bu vəziyyətdə, nüfuz edən birləşmələrin konsentrasiyası bərabərləşdirilir.

Bu proses ilk dəfə 1855-ci ildə alman alimi Adolf Fik tərəfindən ətraflı təsvir edilmişdir.

Bu terminin adı latın diffusio (qarşılıqlı təsir, dispersiya, paylama) sözündən yaranmışdır.

Mayedə diffuziya

Baxılan proses hər üç birləşmə vəziyyətində olan maddələrlə baş verə bilər: qaz, maye və bərk. Bunun praktik nümunələrini tapmaq üçün mətbəxə baxmaq kifayətdir.

Ocaqda qaynayan borş onlardan biridir. Temperaturun təsiri altında qlükozin betanin molekulları (çuğundura belə zəngin qırmızı rəng verən maddə) su molekulları ilə bərabər reaksiya verir və ona unikal tünd qırmızı rəng verir. Bu vəziyyət mayelərdədir.

Borşdan əlavə, bu prosesi bir stəkan çay və ya qəhvədə də görmək olar. Bu içkilərin hər ikisi qəhvənin dəmlənməsi və ya hissəciklərinin suda həll olunaraq molekulları arasında bərabər şəkildə yayılması, onu rəngləməsi səbəbindən belə vahid, zəngin bir kölgəyə malikdir. 90-cı illərin bütün məşhur ani içkilərinin hərəkəti eyni prinsipə əsaslanır: Yupi, Invite, Zuko.

Qazların bir-birinə nüfuz etməsi

Qoxu daşıyan atomlar və molekullar aktiv hərəkətdədir və nəticədə artıq havada olan hissəciklərlə qarışır və otaqda kifayət qədər bərabər paylanır.

Bu, qazlarda diffuziyanın təzahürüdür. Qeyd etmək lazımdır ki, havanın inhalyasiyasının özü də mətbəxdə təzə hazırlanmış borschtun iştahaaçan qoxusu kimi nəzərdən keçirilən prosesə aiddir.

Bərk cisimlərdə diffuziya

Üzərində çiçəklər olan mətbəx masası parlaq süfrə ilə örtülmüşdür. sarı rəng. Diffuziya keçmə qabiliyyətinə görə oxşar bir kölgə aldı bərk maddələr.

Kətana vahid bir kölgə vermək prosesi aşağıdakı kimi bir neçə mərhələdə baş verir.

1. Sarı piqment hissəcikləri boya tankında lifli materiala doğru yayıldı.
2. Daha sonra boyanan parçanın xarici səthi tərəfindən udulmuşlar.
3. Növbəti addım boyanın yenidən yayılması idi, lakin bu dəfə parçanın liflərinə.
4. Nəhayət, parça piqmentin hissəciklərini sabitləyir, beləliklə rəngli olur.

Qazların metallarda yayılması

Adətən, bu prosesdən danışarkən maddələrin eyni aqreqasiya vəziyyətlərində qarşılıqlı təsirini nəzərə alırıq. Məsələn, bərk cisimlərdə diffuziya, bərk maddələr. Bu hadisəni sübut etmək üçün bir-birinə sıxılmış iki metal lövhə (qızıl və qurğuşun) ilə təcrübə aparılır. Onların molekullarının bir-birinə nüfuz etməsi kifayət qədər uzun müddətə baş verir (beş ildə bir millimetr). Bu proses qeyri-adi zərgərlik etmək üçün istifadə olunur.

Bununla belə, müxtəlif birləşmə vəziyyətlərində olan birləşmələr də yayılmağa qadirdir. Məsələn, bərk cisimlərdə qazların diffuziyası var.

Təcrübələr zamanı sübut edilmişdir ki, oxşar proses atom halında baş verir. Onu aktivləşdirmək üçün, bir qayda olaraq, temperatur və təzyiqin əhəmiyyətli dərəcədə artması tələb olunur.

Bərk cisimlərdə belə qaz diffuziyasına misal olaraq hidrogen korroziyasını göstərmək olar. Bəzilərinin prosesində yaranan vəziyyətlərdə özünü göstərir kimyəvi reaksiya Hidrogen atomları (H 2) yüksək temperaturun (200 ilə 650 dərəcə Selsi arasında) təsiri altında metalın struktur hissəcikləri arasında nüfuz edir.

Bərk cisimlərdə hidrogenlə yanaşı, oksigen və digər qazların da diffuziyası baş verə bilər. Gözə görünməyən bu proses çox zərər gətirir, çünki metal konstruksiyalar buna görə çökə bilər.

Mayelərin metallarda yayılması

Bununla belə, təkcə qaz molekulları bərk cisimlərə deyil, mayelərə də nüfuz edə bilir. Hidrogen vəziyyətində olduğu kimi, əksər hallarda bu proses korroziyaya səbəb olur (əgər biz metallardan danışırıqsa).

Bərk cisimlərdə maye diffuziyasının klassik nümunəsi su (H 2 O) və ya elektrolit məhlullarının təsiri altında metalların korroziyasıdır. Çoxları üçün bu proses paslanma adı altında daha çox tanışdır. Hidrogen korroziyasından fərqli olaraq, praktikada daha tez-tez rast gəlinir.

Diffuziyanın sürətləndirilməsi şərtləri. Diffuziya əmsalı

Sözügedən prosesin hansı maddələrdə baş verə biləcəyini anladıqdan sonra onun baş vermə şərtlərini öyrənməyə dəyər.

Hər şeydən əvvəl, diffuziya sürəti qarşılıqlı təsir göstərən maddələrin birləşmə vəziyyətindən asılıdır. Reaksiya nə qədər böyük olarsa, sürəti bir o qədər yavaş olur.

Bu baxımdan mayelərdə və qazlarda diffuziya həmişə bərk cisimlərə nisbətən daha aktiv olacaqdır.

Məsələn, kalium permanganat KMnO 4 (kalium permanganat) kristalları suya atılırsa, bir neçə dəqiqə ərzində ona gözəl qırmızı rəng verəcəkdir. Bununla belə, KMnO 4 kristallarını bir buz parçasına səpib hamısını dondurucuya qoysanız, bir neçə saatdan sonra kalium permanganat donmuş H 2 O-nu tam rəngləndirə bilməyəcək.

Əvvəlki nümunədən diffuziya şərtləri haqqında başqa bir nəticə çıxara bilərik. Aqreqasiya vəziyyətindən əlavə, temperatur da hissəciklərin bir-birinə nüfuz etmə sürətinə təsir göstərir.

Baxılan prosesin ondan asılılığını nəzərə almaq üçün diffuziya əmsalı kimi bir anlayışı öyrənməyə dəyər. Bu onun sürətinin kəmiyyət xarakteristikasının adıdır.

Əksər düsturlarda Latın hərfinin böyük D hərfi ilə işarələnir və SI sistemində saniyədə kvadrat metrlə (m²/s), bəzən saniyədə santimetrlə (sm 2 /m) ölçülür.

Diffuziya əmsalı, hər iki səthdə sıxlıq fərqinin (vahid uzunluğa bərabər məsafədə yerləşən) vahidə bərabər olması şərti ilə vahid səthə səpələnmiş maddənin miqdarına bərabərdir. D-ni müəyyən edən meyarlar hissəciklərin dispersiya prosesinin özünün baş verdiyi maddənin xassələri və onların növüdür.

Əmsalın temperaturdan asılılığını Arrhenius tənliyindən istifadə etməklə təsvir etmək olar: D = D 0exp (-E/TR).

Baxılan düsturda E prosesi aktivləşdirmək üçün tələb olunan minimum enerjidir; T - temperatur (Celsi deyil, Kelvin ilə ölçülür); R ideal qaz üçün xarakterik olan qaz sabitidir.

Yuxarıda göstərilənlərin hamısına əlavə olaraq, qazlarda bərk və mayelərdə diffuziya sürətinə təzyiq və şüalanma (induksiya və ya yüksək tezlikli) təsir göstərir. Bundan əlavə, çox şey katalitik maddənin mövcudluğundan asılıdır, çox vaxt hissəciklərin aktiv yayılması üçün bir tetikleyici rolunu oynayır.

Diffuziya tənliyi

Bu hadisə qismən diferensial tənliyin xüsusi növüdür.

Onun məqsədi maddənin konsentrasiyasının kosmosun ölçüsündən və koordinatlarından (onun yayıldığı), həmçinin zamandan asılılığını tapmaqdır. Bu halda verilmiş əmsal reaksiya üçün mühitin keçiriciliyini xarakterizə edir.

Çox vaxt diffuziya tənliyi aşağıdakı kimi yazılır: ∂φ (r,t)/∂t = ∇ x.

Orada φ (t və r) t zamanı r nöqtəsində səpələnən maddənin sıxlığıdır. D (φ, r) r nöqtəsində φ sıxlığında ümumiləşdirilmiş diffuziya əmsalıdır.

∇ koordinat komponentləri qismən törəmə olan vektor diferensial operatorudur.

Diffuziya əmsalı sıxlıqdan asılı olduqda, tənlik qeyri-xətti olur. Olmayanda - xətti.

Diffuziya anlayışını və müxtəlif mühitlərdə bu prosesin xüsusiyyətlərini nəzərdən keçirdikdə onun həm müsbət, həm də mənfi tərəflərinin olduğunu qeyd etmək olar.

Bu mesajı niyə görürsən? Əgər onun sahibisinizsə, təlimatlardan istifadə edin. Saytın əvvəlcədən ödənilmiş hostinq müddəti başa çatıb. Əgər siz onun sahibisinizsə, balansınızı artırmalısınız. Veb saytın sahibi onu deaktiv etmək qərarına gəlib. Veb sayt hostinq müqaviləsinin şərtlərini pozub.

NetAngels :: Professional hosting

Tel.: 8-800-2000-699 (Rusiya Federasiyası daxilində zəng pulsuzdur)

Hostinq, provayderin serverində veb-saytın və ya provayderin saytında (data mərkəzində) bir serverin yerləşdirilməsi xidmətidir, yəni. gecə-gündüz İnternet bağlantısı, fasiləsiz enerji təchizatı və soyutma. Əsasən, veb saytların yerləşdirilməsi tələbi hostinq serverindən qat-qat çoxdur, çünki adətən öz serverlərinizin yerləşdirilməsi yalnız kifayət qədər böyük vebsaytlar və ya portallar üçün lazımdır. Həmçinin hostinq saytlarının özləri də bu xidməti göstərən saytlar və ya serverlər adlanır.

Məktəb fizikası kursunda (təxminən yeddinci sinifdə) məktəblilər öyrənirlər ki, diffuziya bir maddənin hissəciklərinin digər maddənin hissəcikləri arasında qarşılıqlı nüfuzunu təmsil edən prosesdir və nəticədə bütün işğal edilmiş həcmdə konsentrasiyaların bərabərləşməsi ilə nəticələnir. Bu başa düşmək olduqca çətin bir tərifdir. Bunun nə olduğunu anlamaq üçün sadə diffuziya, diffuziya qanunu, onun tənliyi, bu məsələlərə dair materialları ətraflı öyrənmək lazımdır. Halbuki bir adam kifayət qədər varsa ümumi fikir, onda aşağıdakı məlumatlar sizə əsas bilikləri əldə etməyə kömək edəcək.

Fiziki fenomen - bu nədir

Bir çox insanın çaşqın olması və ya fiziki hadisənin nə olduğunu və kimyəvi hadisədən necə fərqləndiyini, eləcə də diffuziyanın hansı növ hadisələrə aid olduğunu bilmədiyi üçün fiziki hadisənin nə olduğunu başa düşmək lazımdır. . Deməli, hamının bildiyi kimi, fizika təbiətşünaslıq sahəsinə aid olan, maddənin quruluşu və hərəkəti haqqında ümumi təbii qanunları öyrənən, həmçinin maddənin özünü öyrənən müstəqil bir elmdir. Müvafiq olaraq, fiziki hadisə yeni maddələrin əmələ gəlmədiyi, ancaq maddənin strukturunda dəyişiklik baş verdiyi bir hadisədir. Fiziki hadisə ilə kimyəvi hadisə arasındakı fərq, nəticədə yeni maddələrin əmələ gəlməməsidir. Beləliklə, diffuziya fiziki bir hadisədir.

Diffuziya termininin tərifi

Bildiyiniz kimi, müəyyən bir anlayışın bir çox formulları ola bilər, lakin ümumi məna dəyişməməlidir. Və diffuziya fenomeni də istisna deyil. Ümumiləşdirilmiş tərif aşağıdakı kimidir: diffuziya iki və ya daha çox maddənin hissəciklərinin (molekullarının, atomlarının) bu maddələrin tutduğu bütün həcmdə vahid paylanana qədər qarşılıqlı nüfuzunu təmsil edən fiziki bir hadisədir. Diffuziya nəticəsində yeni maddələr əmələ gəlmir, buna görə də dəqiqdir fiziki fenomen. Sadə diffuziya diffuziya adlanır, bunun nəticəsində hissəciklər ən yüksək konsentrasiya sahəsindən daha aşağı konsentrasiya sahəsinə keçir, bu da hissəciklərin termal (xaotik, Brownian) hərəkəti nəticəsində yaranır. Başqa sözlə, diffuziya müxtəlif maddələrin hissəciklərinin qarışdırılması prosesidir və hissəciklər bütün həcmdə bərabər paylanır. Bu, çox sadələşdirilmiş tərifdir, lakin ən başa düşüləndir.

Diffuziya növləri

Diffuziya həm qaz, həm də müşahidə zamanı qeydə alına bilər maye maddələr, və möhkəm olanlar üçün. Beləliklə, bir neçə növ daxildir:

• Kvant diffuziya bərk cisimlərdə baş verən hissəciklərin və ya nöqtə qüsurlarının (maddənin kristal qəfəsindəki yerli pozulmalar) yayılması prosesidir. Yerli iğtişaşlar kristal qəfəsin müəyyən bir nöqtəsində baş verən pozuntulardır.

• Kolloid - kolloid sistemin bütün həcmi boyunca baş verən diffuziya. Kolloid sistem bir-birindən fərqli hissəciklərin, qabarcıqların, damcıların olduğu mühitdir. aqreqasiya vəziyyəti və ilk, çərşənbədən bəstə. Belə sistemlər, eləcə də onlarda baş verən proseslər kolloid kimya kursunda ətraflı öyrənilir.
• Konvektiv - bir maddənin mikrohissəciklərinin mühitin makrohissəcikləri ilə ötürülməsi. Fizikanın hidrodinamika adlanan xüsusi bölməsi davamlı mühitlərin hərəkətinin öyrənilməsi ilə məşğul olur. Oradan axın vəziyyətləri haqqında bilik əldə edə bilərsiniz.
• Turbulent diffuziya, səbəb olduğu bir maddənin digərinə keçməsi prosesidir turbulent hərəkət ikinci maddə (qazlar və mayelər üçün xarakterikdir).

Bəyanat təsdiqlənir ki, diffuziya həm qazlarda, həm mayelərdə, həm də bərk cisimlərdə baş verə bilər.

Fick qanunu nədir?

Alman alimi, fizik Fik, vahid ərazidən keçən hissəcik axınının sıxlığının bir uzunluğa düşən maddənin konsentrasiyasının dəyişməsindən asılılığını göstərən qanun çıxardı. Bu qanun diffuziya qanunudur. Qanunu aşağıdakı kimi tərtib etmək olar: ox boyunca yönəldilmiş hissəcik axını, hissəcik axınının istiqamətinin təyin olunduğu ox boyunca çəkilmiş dəyişənə nisbətən hissəciklərin sayının törəməsi ilə mütənasibdir. Başqa sözlə desək, ox istiqamətində hərəkət edən hissəciklərin axını, axınla eyni ox boyunca çəkilmiş dəyişənə nəzərən hissəciklərin sayının törəməsi ilə mütənasibdir. Fik qanunu maddənin zaman və məkanda ötürülməsi prosesini təsvir etməyə imkan verir.

Diffuziya tənliyi

Bir maddədə axınlar olduqda, maddənin özünün kosmosda yenidən bölüşdürülməsi baş verir. Bu baxımdan, bu yenidən bölüşdürmə prosesini makroskopik baxımdan təsvir edən bir neçə tənlik var. Diffuziya tənliyi diferensialdır. -dən irəli gəlir ümumi tənlik maddənin ötürülməsi, buna davamlılıq tənliyi də deyilir. Diffuziya olduqda, yuxarıda təsvir olunan Fick qanunundan istifadə olunur. Tənlik belə görünür:

dn/dt=(d/dx)*(D*(dn/dx)+q.

Diffuziya üsulları

Diffuziya üsulu, daha dəqiq desək, bərk materiallarda onun həyata keçirilməsi üsulu son zamanlar geniş istifadə olunur. Bu, metodun üstünlükləri ilə bağlıdır, bunlardan biri də istifadə olunan avadanlığın və prosesin özünün sadəliyidir. Bərk mənbələrdən diffuziya metodunun mahiyyəti bir və ya bir neçə elementlə aşqarlanmış filmlərin yarımkeçiricilərin üzərinə çökməsidir. Möhkəm mənbə metoduna əlavə olaraq, diffuziya həyata keçirməyin bir neçə başqa üsulları var:

• qapalı həcmdə (ampula üsulu). Minimal toksiklik metodun üstünlüyüdür, lakin ampulün birdəfəlik istifadəsinə görə onun yüksək qiyməti əhəmiyyətli bir çatışmazlıqdır;
• açıq həcmdə (termal diffuziya). Yüksək temperatur səbəbindən bir çox elementdən istifadə etmək imkanı istisna edilir, həmçinin yanal diffuziya bu metodun böyük çatışmazlıqlarıdır;
• qismən qapalı həcmdə (qutu üsulu). Bu, yuxarıda təsvir edilən iki üsul arasında ara üsuldur.

Diffuziyanın üsulları və xüsusiyyətləri haqqında daha çox öyrənmək üçün xüsusi olaraq bu məsələlərə həsr olunmuş əlavə ədəbiyyatı öyrənmək lazımdır.