Empecemos con el hecho de que el líquido es un estado intermedio de agregación. En el punto crítico de ebullición es similar a los gases, ya bajas temperaturas aparecen características similares a un sólido. Un líquido no tiene un modelo ideal, lo que complica significativamente la descripción de sus propiedades termodinámicas de equilibrio, punto de congelación, viscosidad, difusión, conductividad térmica, tensión superficial, entropía, entalpía.
Definición
¿Qué es la difusión? Esta es la difusión, distribución, movimiento de partículas del medio, lo que conduce a la transferencia de materia, el establecimiento de concentraciones de equilibrio. En ausencia de influencias externas, este proceso está determinado por el movimiento térmico de las partículas. En este caso, el proceso de difusión es directamente proporcional a la concentración. El flujo de difusión cambiará de manera similar al gradiente de concentración.
Variedades
Si la difusión en un líquido ocurre con un cambio de temperatura, se llama difusión térmica, en un campo eléctrico - electrodifusión.
El proceso de movimiento de partículas grandes en un líquido o gas ocurre bajoleyes del movimiento browniano.
Características del flujo
La difusión en gases, líquidos y sólidos se produce a diferentes velocidades. Debido a las diferencias en la naturaleza del movimiento térmico de las partículas en diferentes medios, el proceso tiene la velocidad máxima en gases y la velocidad mínima en sólidos.
La trayectoria de la partícula es una línea discontinua, ya que la dirección y la velocidad cambian periódicamente. Debido al movimiento desordenado, se observa una eliminación gradual de la partícula de su posición original. Su desplazamiento a lo largo de una línea recta es mucho más corto que el camino que tiene lugar a lo largo de un camino quebrado.
Ley de Fick
La difusión en un líquido obedece a dos leyes de Fick:
- la densidad del flujo de difusión es directamente proporcional a la concentración con el coeficiente de difusión;
- La tasa de cambio en la densidad del flujo de difusión es directamente proporcional a la tasa de cambio en la concentración y tiene la dirección opuesta.
La difusión en un líquido se caracteriza por s altos de moléculas de una posición de equilibrio a otra. Cada uno de esos s altos se observa cuando se imparte energía a la molécula en un volumen suficiente para romper el enlace con otras partículas. El s alto promedio no excede la distancia entre moléculas.
Al discutir qué es la difusión en un líquido, notamos que el proceso depende de la temperatura. Con su aumento, se produce el "aflojamiento" de la estructura líquida, como resultado de lo cual hay un fuerte aumento enel número de s altos por unidad de tiempo.
La difusión en gases, líquidos y sólidos tiene algunas características distintivas. Por ejemplo, en los sólidos, el mecanismo está asociado con el movimiento de los átomos dentro de la red cristalina.
Características del fenómeno
La difusión en un líquido tiene un interés práctico debido a que va acompañada de la igualación de la concentración de una sustancia en un medio inicialmente no homogéneo. Significativamente más partículas escapan de áreas con una alta concentración.
Experimentos
Los experimentos con líquidos han demostrado que la difusión es de particular importancia en la cinética química. Durante el curso de un proceso químico en la superficie de los reactivos o un catalizador, este proceso contribuye a la determinación de la velocidad de eliminación de los productos de reacción y la adición de los reactivos iniciales.
¿Qué explica la difusión en líquidos? Las moléculas de solvente pueden penetrar a través de membranas translúcidas, lo que resulta en una presión osmótica. Este fenómeno ha encontrado aplicación en métodos químicos y físicos para la separación de sustancias.
Sistemas biológicos
En este caso, los modelos de difusión se pueden considerar en el ejemplo del oxígeno del aire que ingresa a los pulmones, la absorción de productos digestivos del intestino a la sangre, la absorción de elementos minerales por los pelos de la raíz. La difusión de iones ocurre durante la generación de impulsos bioeléctricos por parte de las células musculares y nerviosas.
Factor físico que afectala selectividad de la acumulacion en las celulas del organismo de ciertos elementos, es la diferente velocidad de penetracion de los iones a traves de las membranas celulares. Este proceso se puede expresar mediante la ley de Fick, reemplazando el valor del coeficiente de difusión por la permeabilidad de la membrana, y en lugar del gradiente de concentración, utilizar la diferencia de valores a ambos lados de la membrana. Con la penetración de la difusión del agua y los gases en la celda, los indicadores de presión osmótica dentro y fuera de la celda cambian.
Analizando de qué depende la difusión, notamos que hay varios tipos de este proceso. La forma simple está asociada con la transferencia libre de iones y moléculas hacia el gradiente de su potencial electroquímico. Por ejemplo, esta opción es adecuada para aquellas sustancias en las que las moléculas son de pequeño tamaño, por ejemplo, alcohol metílico, agua.
La variante limitada asume una transferencia débil de materia. Por ejemplo, incluso las partículas más pequeñas no pueden penetrar en una célula.
Páginas de historial
La difusión se descubrió durante el apogeo de la antigua cultura griega. Demócrito y Anaxogoras estaban convencidos de que cualquier sustancia consta de átomos. Explicaron la variedad de sustancias comunes en la naturaleza por las conexiones entre átomos individuales. Asumieron que estas partículas podrían mezclarse para formar nuevas sustancias. Entre los fundadores de la teoría cinética molecular, que explicó el mecanismo de difusión, Mikhail Lomonosov desempeñó un papel especial. Dieron una definición a una molécula, un átomo, y explicaron el mecanismo de disolución.
Experimentos
La experiencia con el azúcar te permite comprender todas las características de la difusión. Si pones un trozo de azúcar en un té frío, se formará gradualmente un jarabe espeso en el fondo de la taza. Es visible a simple vista. Después de un tiempo, el jarabe se distribuirá uniformemente por todo el volumen del líquido y ya no será visible. Este proceso procede espontáneamente y no implica mezclar los componentes de la solución. Del mismo modo, la fragancia del perfume se esparce por toda la habitación.
Los experimentos anteriores muestran que la difusión es un proceso espontáneo de penetración de moléculas de una sustancia en otra. La dispersión de la materia se produce en todas las direcciones, a pesar de la presencia de la gravedad. Tal proceso es una confirmación directa del movimiento constante de las moléculas de la materia.
Así, en el ejemplo anterior, se lleva a cabo la difusión de las moléculas de azúcar y agua, que va acompañada de una distribución uniforme de las moléculas de materia orgánica en todo el volumen del líquido.
Los experimentos permiten detectar la difusión no solo en líquidos, sino también en sustancias gaseosas. Por ejemplo, puede instalar un recipiente con vapor de éter en la balanza. Gradualmente, las copas se equilibrarán, entonces el vaso de éter será más pesado. ¿Cuál es la razón de este fenómeno?
Con el tiempo, las moléculas de éter se mezclan con las partículas de aire y se comienza a sentir un olor específico en la habitación. En un curso de física de la escuela secundaria, se considera un experimento en el que un maestro disuelve un grano de permanganato de potasio (permanganato de potasio) en agua. Al principio, es visible una trayectoria clara del movimiento del grano,pero gradualmente toda la solución adquiere un matiz uniforme. Basándose en el experimento, el profesor explica las características de la difusión.
Para identificar los factores que afectan la velocidad del proceso en líquidos, puedes usar agua a diferentes temperaturas. En un líquido caliente, el proceso de mezcla mutua de moléculas se observa mucho más rápido, por lo tanto, existe una relación directa entre el valor de la temperatura y la velocidad de difusión.
Conclusión
Los experimentos realizados con gases, líquidos y sólidos permiten formular las leyes de la física, establecer la relación entre cantidades individuales.
Como resultado de los experimentos, se estableció el mecanismo de penetración mutua de partículas de una sustancia en otra, se demostró la naturaleza caótica de su movimiento. Empíricamente, se encontró que la difusión ocurre más rápido en sustancias gaseosas. Este proceso es de gran importancia para la vida silvestre, se utiliza en ciencia y tecnología.
Gracias a este fenómeno se mantiene la composición homogénea de la atmósfera terrestre. De lo contrario, se observaría la estratificación de la troposfera en sustancias gaseosas separadas, y el dióxido de carbono pesado, inadecuado para respirar, estaría más cerca de la superficie de nuestro planeta. ¿A qué conduciría? La vida silvestre simplemente dejaría de existir.
El papel de la difusión en el mundo vegetal también es excelente. La exuberante copa de los árboles se puede explicar por el intercambio de difusión a través de la superficie de las hojas. Como resultado, no solo se lleva a cabo la respiración, sino también la nutrición del árbol. Actualmente en la agriculturase utiliza la alimentación foliar de arbustos y árboles, que consiste en rociar la copa con compuestos químicos especiales.
Es durante la difusión que la planta recibe los nutrientes del suelo. Los procesos fisiológicos que ocurren en los organismos vivos también están asociados con este fenómeno. Por ejemplo, el equilibrio salino es imposible sin difusión. Tales procesos son de gran importancia en el suministro de oxígeno a lagos y ríos. El gas ingresa a las profundidades del yacimiento precisamente por difusión. Si tal proceso no existiera, la vida dentro del reservorio dejaría de existir.
La ingesta de medicamentos que permiten a una persona protegerse de los patógenos de diversas enfermedades y mejorar el bienestar también se basa en la difusión. Este fenómeno se utiliza en la soldadura de metales, la producción de jugo de azúcar a partir de chips de remolacha y la preparación de dulces. Es difícil encontrar una rama de la industria moderna en la que no se utilice la difusión.
