Диффузия

Диффузия — всем знакомое явление. Если несколько капель духов разбрызгать в одном углу комнаты, запах постепенно заполнит всю комнату, даже если воздух в ней неподвижен. Если несколько капель краски поместить в одном участке сосуда, наполненного водой, то краска постепенно распространится по всему сосуду. Этот процесс может занять день и более в зависимости от размеров сосуда, температуры и величины молекул краски.

Почему перемещаются молекулы краски? Если бы мы могли наблюдать за отдельными молекулами краски в сосуде, вы увидели бы, что их движение хаотично. Наблюдение за скоростью или направлением движения одной молекулы не дает представления о том, как располагаются молекулы относительно друг друга. Так как же попадают молекулы из одной части сосуда в другую? Представьте себе тонкий вертикальный срез сосуда. Молекулы краски будут входить в этот срез и выходить из него, некоторые движутся в одном направлении, другие — в противоположном. Однако можно было бы заметить, что больше молекул поступает с той стороны, где их концентрация выше. Почему? Да просто потому, что их там больше. Если в нашем случае молекул краски больше слева, то больше их будет случайно перемещаться вправо, несмотря на равную вероятность движения любой молекулы направо и налево. Следовательно, результирующее движение молекул краски будет происходить слева направо. Точно так же, если бы мы могли видеть движение отдельных молекул воды в сосуде, мы бы зарегистрировали их движение справа налево.

Что произойдет, когда все молекулы распределятся по сосуду равномерно? Равномерное распределение не повлияет на поведение отдельных молекул — они будут двигаться так же хаотично. Но теперь с одной стороны сосуда будет столько же молекул краски и воды, сколько с другой, и поэтому не будет определенного направления движения. Однако индивидуальное тепловое движение молекул, если не изменилась температура, останется прежним.

Движение веществ из области с более высокой концентрацией в область с более низкой называют движением по градиенту. Диффузия всегда происходит по градиенту. Движение вещества в противоположном направлении — в область с более высокой концентрацией его молекул — это движение против градиента, которое аналогично подъему в гору. К тому же диффузия происходит быстрее в газах, чем в жидкостях, и при высокой температуре быстрее, чем при низкой.

Обратите внимание, что в нашем воображаемом сосуде имеются два градиента. По одному из них движутся молекулы краски, по другому градиенту, им навстречу, движутся молекулы воды. В обоих случаях движение идет по градиенту. Когда молекулы распределяются равномерно, т. е. когда исчезают градиенты, молекулы продолжают двигаться, но движение в обоих направлениях прекращается. Другими словами, чистый транспорт молекул равен нулю. Можно сказать, что система находится в состоянии динамического равновесия.

Концепция водного потенциала помогает понять процесс диффузии. Высокая концентрация растворенного вещества в одной области, например в одном углу сосуда, означает здесь низкую концентрацию воды и, следовательно, низкий водный потенциал. Если давление повсюду одинаково, то молекулы воды, двигаясь по градиенту, перемещаются из области высокого водного потенциала в область низкого. Участок сосуда с чистой водой имеет более высокий водный потенциал, чем участок, содержащий воду и растворенное вещество. Когда достигается динамическое равновесие, водный потенциал выравнивается во всех участках сосуда.

Укажем обязательные признаки диффузии:

1) каждая молекула движется независимо от других,

2) эти движения хаотичны.

В результате диффузии диффундирующее вещество, в конечном счете, распределяется равномерно. Кратко диффузию можно определить как распространение веществ в результате движения их ионов или молекул, которые стремятся выровнять свою концентрацию в системе.

Поиск по сайту: