Difüzyon hızını ne belirler? Difüzyon hızı

"Elektron mikroskobu. Membran." konusunun içindekiler tablosu:

Etkileyen faktörler yayılma hızı, birleştirilmiş Fick yasası. Difüzyon hızının aşağıdaki ifadeyle orantılı olduğunu belirtir:

Peki hangi moleküller zarlardan geçebilir? yayılma hesabı? Oksijen ve karbondioksit gibi gazlar membranlardan hızla yayılır. Su molekülleri, yüksek derecede polarize olmalarına rağmen, hidrofobik fosfolipit molekülleri arasında herhangi bir müdahale olmadan kayabilecek kadar küçüktür.

Aynı zamanda iyonlar ve daha büyük polar Hidrofobik bölgelere sahip moleküller zarlar iter ve bu nedenle zardan son derece yavaş geçer. Hücreye girebilmeleri için başka mekanizmalara ihtiyaç vardır.

Bazı iyonlar ve polar moleküller hücreye girerler. özel taşıma proteinleri. Bunlar kanal proteinleri ve taşıyıcı proteinlerdir. Bu proteinlerin suyla dolu hidrofilik kanalları veya gözenekleri, belirli bir iyon veya moleküle karşılık gelen, kesin olarak tanımlanmış bir şekle sahiptir. Bazen kanal bir protein molekülünün içinden geçmez, birkaç komşu molekülün arasından geçer.

Difüzyon kanallar her iki yöne gider. Taşıyıcı proteinlerin yardımıyla gerçekleşen bu difüzyona denir. Kolaylaştırılmış difüzyon. İyonların içinden geçtiği taşıma proteinlerine iyon kanalları denir. Tipik olarak iyon kanalları açılıp kapanabilecekleri anlamına gelen “kapılar” ile donatılmıştır. Açılıp kapanabilen iyon kanalları sinir uyarılarının iletilmesinde önemli rol oynar.

Kanal proteinlerindeşekil sabittir. Kistik fibroz olarak bilinen hastalığın, klorür iyonları için kanal görevi gören bir proteindeki kusurdan kaynaklandığı gösterilmiştir. Taşıyıcı proteinlerde ise şekil, saniyede 100 devire varan hızlı değişimlere uğrar. İki durumda bulunurlar ve etki mekanizmaları pinpon oyununa benzer.

Şekil bu mekanizmanın nasıl çalıştığını göstermektedir. bağlayıcı taşıyıcı protein bölgeleri bir durumda ("ping") dışarıya doğru bakarlar, diğerinde ("pong") içe doğru bakarlar. Çözünmüş moleküllerin veya iyonların konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, bağlanma şansları da o kadar artar. Şekildeki glikoz örneğinde olduğu gibi, dışarıdaki çözünen maddenin konsantrasyonu hücrenin içindekinden daha yüksekse, o zaman bu maddenin gerçek akışı içeriye doğru yönlendirilecek ve hücrenin içine akacaktır.

Glikoz kırmızı kan hücrelerine bu şekilde girer. Bu tür bir hareket her şeye sahiptir karakteristik özellikler yayılma Her ne kadar proteinin katılımıyla kolaylaştırılsa da. Kolaylaştırılmış difüzyonun bir başka örneği, klorür kayması adı verilen sırasında, kırmızı kan hücreleri ve kan plazması arasındaki klorür ve bikarbonat iyonlarının hareketidir. Bu, membranların kısmi ve seçici geçirgenliğini sağlayan mekanizmalardan biridir.

Fizikteki sayısız olay arasında yayılma süreci en basit ve en anlaşılır olanlardan biridir. Sonuçta her sabah aromatik çay veya kahve hazırlarken kişi bu reaksiyonu pratikte gözlemleme fırsatına sahip olur. Bu süreç ve bunun farklı toplama durumlarında ortaya çıkmasının koşulları hakkında daha fazla bilgi edelim.

Difüzyon nedir

Bu kelime, bir maddenin moleküllerinin veya atomlarının diğerinin benzer yapısal birimleri arasına nüfuz etmesini ifade eder. Bu durumda nüfuz eden bileşiklerin konsantrasyonu eşitlenir.

Bu süreç ilk kez 1855 yılında Alman bilim adamı Adolf Fick tarafından ayrıntılı olarak anlatılmıştır.

Bu terimin adı Latince diffusio'dan (etkileşim, dağılım, dağıtım) türetilmiştir.

Sıvı içinde difüzyon

Göz önünde bulundurulan işlem, her üç toplanma durumundaki maddelerle meydana gelebilir: gaz, sıvı ve katı. Bunun pratik örneklerini bulmak için mutfağa bakmanız yeterli.

Ocakta kaynayan pancar çorbası da bunlardan biri. Sıcaklığın etkisi altında, glikozin betanin molekülleri (pancarlara bu kadar zengin bir kırmızı renk veren madde) su molekülleriyle eşit şekilde reaksiyona girerek ona benzersiz bir bordo tonu verir. Bu durum sıvılardadır.

Pancar çorbasının yanı sıra bir bardak çay veya kahvede de bu işlem görülebilir. Bu içeceklerin her ikisi de, suda çözünen kahve demlemesinin veya parçacıklarının molekülleri arasında eşit şekilde yayılması ve onu renklendirmesi nedeniyle çok düzgün, zengin bir renk tonuna sahiptir. Doksanlı yılların tüm popüler hazır içeceklerinin etkisi aynı prensibe dayanmaktadır: Yupi, Invite, Zuko.

Gazların iç içe geçmesi

Koku taşıyan atomlar ve moleküller aktif hareket halindedir ve bunun sonucunda havada bulunan parçacıklarla karışarak odanın her yerine eşit bir şekilde dağılırlar.

Bu, gazlardaki difüzyonun bir tezahürüdür. Mutfakta taze hazırlanmış pancar çorbasının iştah açıcı kokusu gibi, havanın solunmasının da söz konusu süreçle ilgili olduğunu belirtmekte fayda var.

Katılarda difüzyon

Üzerinde çiçeklerin bulunduğu mutfak masası parlak bir masa örtüsüyle kaplıdır. sarı renk. Difüzyonun geçme kabiliyeti nedeniyle benzer bir renk tonu aldı. katılar.

Tuvale belirli bir renk tonu verme işlemi aşağıdaki gibi birkaç aşamada gerçekleşir.

1. Sarı pigment parçacıkları boya tankında lifli malzemeye doğru yayılır.
2. Daha sonra boyanan kumaşın dış yüzeyi tarafından emildiler.
3. Bir sonraki adım boyayı tekrar dağıtmaktı ama bu sefer kumaşın liflerine.
4. Son olarak kumaş pigment parçacıklarını sabitleyerek renkli hale geldi.

Gazların metallerde difüzyonu

Genellikle bu süreçten bahsederken aynı toplanma durumlarındaki maddelerin etkileşimlerini dikkate alırız. Örneğin katılarda difüzyon, katılar. Bu fenomeni kanıtlamak için, iki metal plakanın (altın ve kurşun) birbirine bastırıldığı bir deney gerçekleştirilir. Moleküllerinin iç içe geçmesi oldukça uzun bir süre boyunca gerçekleşir (beş yılda bir milimetre). Bu işlem sıra dışı takılar yapmak için kullanılır.

Bununla birlikte, farklı toplanma durumlarındaki bileşikler de yayılma yeteneğine sahiptir. Örneğin katılarda gazların difüzyonu vardır.

Deneyler sırasında benzer bir sürecin atomik durumda meydana geldiği kanıtlandı. Etkinleştirmek için kural olarak sıcaklık ve basınçta önemli bir artış gerekir.

Katılarda bu tür gaz difüzyonunun bir örneği hidrojen korozyonudur. Bazı süreçte ortaya çıkan durumlarda kendini gösterir. Kimyasal reaksiyon Yüksek sıcaklıkların (200 ila 650 santigrat derece) etkisi altındaki hidrojen atomları (H2), metalin yapısal parçacıkları arasına nüfuz eder.

Katılarda hidrojenin yanı sıra oksijen ve diğer gazların difüzyonu da meydana gelebilir. Gözle görülmeyen bu süreç çok fazla zarar verir çünkü metal yapılar bu yüzden çökebilir.

Sıvıların metallerde difüzyonu

Ancak sadece gaz molekülleri katılara değil aynı zamanda sıvılara da nüfuz edebilir. Hidrojende olduğu gibi, çoğu zaman bu süreç korozyona yol açar (eğer metallerden bahsediyorsak).

Katılarda sıvı difüzyonunun klasik bir örneği, su (H2O) veya elektrolit çözeltilerinin etkisi altında metallerin korozyonudur. Çoğu kişi için bu süreç paslanma adı altında daha tanıdıktır. Hidrojen korozyonundan farklı olarak pratikte çok daha sık karşılaşılmaktadır.

Difüzyonun hızlandırılması için koşullar. Difüzyon katsayısı

Söz konusu sürecin hangi maddelerde meydana gelebileceğini anladıktan sonra, bunun oluşma koşullarını öğrenmeye değer.

Her şeyden önce difüzyon hızı, etkileşime giren maddelerin bulunduğu toplanma durumuna bağlıdır. Reaksiyonun meydana geldiği yer ne kadar büyük olursa hızı da o kadar yavaş olur.

Bu bakımdan sıvılarda ve gazlarda difüzyon her zaman katılara göre daha aktif olacaktır.

Örneğin potasyum permanganat KMnO 4 (potasyum permanganat) kristalleri suya atılırsa, birkaç dakika içinde suya güzel bir kızıl renk verecektir. Bununla birlikte, KMnO 4 kristallerini bir buz parçası üzerine serpip hepsini dondurucuya koyarsanız, birkaç saat sonra potasyum permanganat donmuş H2O'yu tam olarak renklendiremeyecektir.

Önceki örnekten difüzyon koşulları hakkında başka bir sonuç çıkarabiliriz. Agregasyon durumuna ek olarak sıcaklık aynı zamanda parçacıkların birbirine nüfuz etme hızını da etkiler.

Söz konusu sürecin ona bağımlılığını düşünmek için difüzyon katsayısı gibi bir kavramı öğrenmeye değer. Bu, hızının niceliksel özelliğinin adıdır.

Çoğu formülde büyük Latin harfi D kullanılarak gösterilir ve SI sisteminde saniyede metrekare (m²/s), bazen saniyede santimetre (cm2 /m) cinsinden ölçülür.

Difüzyon katsayısı, her iki yüzeydeki (birim uzunluğa eşit mesafede bulunan) yoğunluk farkının birliğe eşit olması koşuluyla, birim yüzey boyunca birim zamanda dağılan madde miktarına eşittir. D'yi belirleyen kriterler, parçacık dispersiyon işleminin gerçekleştiği maddenin özellikleri ve türleridir.

Katsayının sıcaklığa bağımlılığı Arrhenius denklemi kullanılarak açıklanabilir: D = D 0exp (-E/TR).

Ele alınan formülde E, süreci etkinleştirmek için gereken minimum enerjidir; T - sıcaklık (Santigrat olarak değil Kelvin cinsinden ölçülür); R, ideal bir gazın özelliği olan gaz sabitidir.

Yukarıdakilerin hepsine ek olarak, katılarda ve sıvılarda gazlarda difüzyon hızı, basınç ve radyasyondan (indüksiyon veya yüksek frekans) etkilenir. Ek olarak, çoğu şey katalitik bir maddenin varlığına bağlıdır; çoğu zaman parçacıkların aktif dağılımı için tetikleyici görevi görür.

Difüzyon denklemi

Bu olay kısmi diferansiyel denklemin özel bir türüdür.

Amacı, bir maddenin konsantrasyonunun, zamanın yanı sıra (içinde yayıldığı) alanın boyutuna ve koordinatlarına bağımlılığını bulmaktır. Bu durumda verilen katsayı, ortamın reaksiyon için geçirgenliğini karakterize eder.

Çoğu zaman difüzyon denklemi şu şekilde yazılır: ∂φ (r,t)/∂t = ∇ x.

Burada φ (t ve r), t zamanında r noktasında saçılan maddenin yoğunluğudur. D (φ, r), r noktasındaki φ yoğunluğundaki genelleştirilmiş difüzyon katsayısıdır.

∇, koordinat bileşenleri kısmi türev olan bir vektör diferansiyel operatörüdür.

Difüzyon katsayısı yoğunluğa bağlı olduğunda denklem doğrusal değildir. Doğrusal olmadığında.

Difüzyonun tanımı ve bu sürecin farklı ortamlardaki özellikleri göz önüne alındığında, hem olumlu hem de olumsuz yanlarının olduğu belirtilebilir.

Bu mesajı neden görüyorsunuz? Sahibiyseniz talimatları kullanın.Sitenin ön ödemeli barındırma süresi sona erdi. Eğer sahibiyseniz, bakiyenizi doldurmanız gerekiyor. Web sitesinin sahibi, siteyi devre dışı bırakmaya karar verdi. Web sitesi, barındırma sözleşmesinin şartlarını ihlal etti.

NetAngels :: Profesyonel barındırma

Tel.: 8-800-2000-699 (Rusya Federasyonu içi arama ücretsizdir)

Barındırma, bir web sitesini sağlayıcının sunucusuna veya sağlayıcının sitesine (veri merkezinde) bir sunucu yerleştirmeye yönelik bir hizmettir; 24 saat İnternet bağlantısı, kesintisiz güç kaynağı ve soğutma sağlar. Temel olarak, web sitelerini barındırmaya yönelik talep, barındırma sunucularına göre çok daha fazladır, çünkü genellikle kendi sunucularınızı barındırmak yalnızca oldukça büyük web siteleri veya portallar için gereklidir. Ayrıca barındırma sitelerinin kendilerine de bu hizmeti sağlayan siteler veya sunucular denir.

Okul fiziği dersinde (yaklaşık yedinci sınıfta), okul çocukları difüzyonun, bir maddenin parçacıklarının başka bir maddenin parçacıkları arasında karşılıklı nüfuzunu temsil eden ve işgal edilen hacim boyunca konsantrasyonların eşitlenmesiyle sonuçlanan bir süreç olduğunu öğrenirler. Bu anlaşılması oldukça zor bir tanımdır. Ne olduğunu anlamak için Basit difüzyon, difüzyon kanunu, denklemi, bu konulardaki materyalleri detaylı olarak incelemek gerekir. Ancak bir kişinin yeterli gücü varsa Genel fikir, o zaman aşağıdaki veriler temel bilgileri edinmenize yardımcı olacaktır.

Fiziksel fenomen - nedir bu

Pek çok insanın kafasının karışmış olması veya fiziksel bir olgunun ne olduğunu, kimyasal bir olaydan nasıl farklı olduğunu ve ayrıca difüzyonun ne tür bir olguyu ifade ettiğini hiç bilmemesi nedeniyle, fiziksel bir olgunun ne olduğunu anlamak gerekir. . Yani herkesin bildiği gibi fizik, maddenin yapısı ve hareketiyle ilgili genel doğa yasalarını ve aynı zamanda maddenin kendisini inceleyen, doğa bilimleri alanına ait bağımsız bir bilimdir. Buna göre fiziksel bir olay, yeni maddelerin oluşmadığı, sadece maddenin yapısında bir değişikliğin meydana geldiği bir olgudur. Fiziksel bir olayla kimyasal bir olay arasındaki fark tam olarak bunun sonucunda yeni maddelerin üretilmemesidir. Dolayısıyla difüzyon fiziksel bir olgudur.

Difüzyon teriminin tanımı

Bildiğiniz gibi belirli bir kavramın birçok formülasyonu olabilir ancak genel anlamı değişmemelidir. Ve yayılma olgusu bir istisna değildir. Genelleştirilmiş tanım şu şekildedir: difüzyon, iki veya daha fazla maddenin parçacıklarının (moleküller, atomlar), bu maddelerin kapladığı tüm hacim boyunca eşit bir dağılıma kadar karşılıklı nüfuzunu temsil eden fiziksel bir olgudur. Difüzyonun bir sonucu olarak yeni maddeler oluşmaz, bu yüzden tam olarak fiziksel olay. Basit difüzyon, parçacıkların termal (kaotik, Brownian) hareketinden kaynaklanan parçacıkların en yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük konsantrasyonlu bir alana hareket etmesi sonucu difüzyon olarak adlandırılır. Başka bir deyişle difüzyon, farklı maddelerin parçacıklarının karıştırılması işlemidir ve parçacıklar tüm hacim boyunca eşit olarak dağıtılır. Bu çok basitleştirilmiş bir tanımdır, ancak en anlaşılır olanıdır.

Difüzyon türleri

Difüzyon hem gaz gözlenirken hem de gözlemlenirken kaydedilebilir. sıvı maddeler ve sağlam olanlar için. Bu nedenle birkaç tür içerir:

• Kuantum difüzyonu, katılarda meydana gelen parçacıkların veya nokta kusurlarının (bir maddenin kristal kafesindeki yerel rahatsızlıklar) difüzyon sürecidir. Yerel rahatsızlıklar, kristal kafesin belirli bir noktasındaki rahatsızlıklardır.

• Kolloidal - kolloidal sistemin tüm hacmi boyunca meydana gelen difüzyon. Kolloidal bir sistem, parçacıkların, kabarcıkların, diğerinin damlalarının farklı olduğu bir ortamdır. toplama durumu ve ilk Çarşamba gününden itibaren kompozisyon. Bu tür sistemler ve bunlarda meydana gelen süreçler koloidal kimya dersinde ayrıntılı olarak incelenmektedir.
• Konvektif - bir maddenin mikropartiküllerinin ortamın makropartikülleri tarafından aktarılması. Hidrodinamik adı verilen özel bir fizik dalı, sürekli ortamların hareketinin incelenmesiyle ilgilenir. Buradan akış durumları hakkında bilgi edinebilirsiniz.
• Türbülanslı difüzyon, bir maddenin diğerine transfer edilmesi sürecidir. çalkantılı hareket ikinci madde (gazlar ve sıvılar için tipik).

Açıklama, difüzyonun hem gazlarda, sıvılarda hem de katılarda meydana gelebileceği doğrulandı.

Fick yasası nedir?

Alman bilim adamı fizikçi Fick, birim alan boyunca parçacık akı yoğunluğunun, birim uzunluk başına bir maddenin konsantrasyonundaki değişime bağımlılığını gösteren bir yasa çıkardı. Bu yasa yayılma yasasıdır. Yasa şu şekilde formüle edilebilir: eksen boyunca yönlendirilen parçacık akışı, parçacık akışının yönünün belirlendiği eksen boyunca çizilen değişkene göre parçacık sayısının türeviyle orantılıdır. Başka bir deyişle, eksen yönünde hareket eden parçacıkların akışı, akışla aynı eksen boyunca çizilen değişkene göre parçacık sayısının türeviyle orantılıdır. Fick yasası, maddenin zaman ve uzaydaki aktarım sürecini tanımlamamıza olanak tanır.

Difüzyon denklemi

Bir maddede akışlar olduğunda, maddenin kendisinin uzayda yeniden dağıtımı meydana gelir. Bu bağlamda, bu yeniden dağıtım sürecini makroskobik bir bakış açısıyla tanımlayan çeşitli denklemler vardır. Difüzyon denklemi diferansiyeldir. Buradan takip eder genel denklem süreklilik denklemi olarak da adlandırılan madde transferi. Difüzyonun varlığında yukarıda açıklanan Fick yasası kullanılır. Denklem şöyle görünür:

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

Difüzyon yöntemleri

Difüzyon yöntemi veya daha doğrusu katı malzemelerde uygulanma yöntemi son zamanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunun nedeni, yöntemin avantajlarından biridir; bunlardan biri, kullanılan ekipmanın basitliği ve sürecin kendisidir. Katı kaynaklardan difüzyon yönteminin özü, bir veya daha fazla elementle katkılanmış filmlerin yarı iletkenler üzerine biriktirilmesidir. Katı kaynak yöntemine ek olarak difüzyon gerçekleştirmenin birkaç başka yöntemi de vardır:

• kapalı bir hacimde (ampul yöntemi). Minimal toksisite, yöntemin bir avantajıdır, ancak ampulün tek kullanımlık olmasından dolayı yüksek maliyeti önemli bir dezavantajdır;
• açık bir hacimde (termal difüzyon). Yüksek sıcaklıklar nedeniyle birçok elemanın kullanılma olasılığı ortadan kalktığı gibi, yanal difüzyon da bu yöntemin büyük dezavantajlarıdır;
• kısmen kapalı bir hacimde (kutu yöntemi). Bu, yukarıda açıklanan ikisi arasında bir ara yöntemdir.

Difüzyonun yöntemleri ve özellikleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için, özellikle bu konulara ayrılmış ek literatürün incelenmesi gerekmektedir.