Vamos começar com o fato de que o líquido é um estado intermediário de agregação. No ponto crítico de ebulição, é semelhante aos gases e, em baixas temperaturas, aparecem características semelhantes a um sólido. Um líquido não possui um modelo ideal, o que dificulta significativamente a descrição de suas propriedades termodinâmicas de equilíbrio, ponto de congelamento, viscosidade, difusão, condutividade térmica, tensão superficial, entropia, entalpia.
Definição
O que é difusão? Este é o espalhamento, distribuição, movimento de partículas do meio, o que leva à transferência de matéria, ao estabelecimento de concentrações de equilíbrio. Na ausência de influências externas, este processo é determinado pelo movimento térmico das partículas. Neste caso, o processo de difusão é diretamente proporcional à concentração. O fluxo de difusão mudará de forma semelhante ao gradiente de concentração.
Variedades
Se a difusão em um líquido ocorre com uma mudança na temperatura, ela é chamada de difusão térmica, em um campo elétrico - eletrodifusão.
O processo de movimento de grandes partículas em um líquido ou gás ocorre sobleis do movimento browniano.
Recursos de fluxo
A difusão em gases, líquidos e sólidos ocorre em velocidades diferentes. Devido às diferenças na natureza do movimento térmico das partículas em diferentes meios, o processo tem a velocidade máxima em gases e a taxa mínima - em sólidos.
A trajetória da partícula é uma linha quebrada, pois a direção e a velocidade mudam periodicamente. Devido ao movimento desordenado, observa-se uma remoção gradual da partícula de sua posição original. Seu deslocamento ao longo de uma linha reta é muito menor do que o caminho que ocorre ao longo de um caminho quebrado.
Lei de Fick
A difusão em um líquido obedece a duas leis de Fick:
- densidade de fluxo de difusão é diretamente proporcional à concentração com coeficiente de difusão;
- A taxa de mudança na densidade do fluxo de difusão é diretamente proporcional à taxa de mudança na concentração e tem a direção oposta.
A difusão em um líquido é caracterizada por s altos de moléculas de uma posição de equilíbrio para outra. Cada s alto é observado quando a energia é transmitida à molécula em um volume suficiente para quebrar a ligação com outras partículas. O s alto médio não excede a distância entre as moléculas.
Ao discutir o que é difusão em um líquido, notamos que o processo depende da temperatura. Com o seu aumento, ocorre o “afrouxamento” da estrutura líquida, como resultado do aumento acentuado dao número de s altos por unidade de tempo.
A difusão em gases, líquidos e sólidos tem algumas características distintas. Por exemplo, em sólidos, o mecanismo está associado ao movimento de átomos dentro da rede cristalina.
Características do fenômeno
A difusão em um líquido é de interesse prático pelo fato de ser acompanhada pela equalização da concentração de uma substância em um meio inicialmente não homogêneo. Significativamente mais partículas escapam de áreas com alta concentração.
Experiências
Experiências com líquidos mostraram que a difusão é de particular importância na cinética química. Durante o curso de um processo químico na superfície de reagentes ou de um catalisador, este processo contribui para a determinação da velocidade de remoção dos produtos da reação e a adição de reagentes iniciais.
O que explica a difusão em líquidos? As moléculas de solvente são capazes de penetrar através de membranas translúcidas, resultando em uma pressão osmótica. Este fenômeno encontrou aplicação em métodos químicos e físicos para a separação de substâncias.
Sistemas biológicos
Neste caso, os modelos de difusão podem ser considerados no exemplo de oxigênio do ar entrando nos pulmões, absorção de produtos digestivos do intestino para o sangue, absorção de elementos minerais pelos pêlos radiculares. A difusão de íons ocorre durante a geração de impulsos bioelétricos pelas células musculares e nervosas.
Fator físico que afetaa seletividade da acumulação nas células do corpo de certos elementos, é a diferente taxa de penetração de íons através das membranas celulares. Esse processo pode ser expresso pela lei de Fick, substituindo o valor do coeficiente de difusão pela permeabilidade da membrana e, em vez do gradiente de concentração, utilizar a diferença de valores nos dois lados da membrana. Com a penetração da difusão de água e gases na célula, os indicadores de pressão osmótica fora e dentro da célula mudam.
Analisando do que depende a difusão, notamos que existem vários tipos desse processo. A forma simples está associada à livre transferência de íons e moléculas em direção ao gradiente de seu potencial eletroquímico. Por exemplo, esta opção é adequada para aquelas substâncias nas quais as moléculas são de tamanho pequeno, por exemplo, álcool metílico, água.
Variante limitada assume uma fraca transferência de matéria. Por exemplo, mesmo pequenas partículas não podem penetrar em uma célula.
Histórico
A difusão foi descoberta durante o auge da cultura grega antiga. Demócrito e Anaxógoras estavam convencidos de que qualquer substância consiste em átomos. Eles explicaram a variedade de substâncias comuns na natureza pelas conexões entre átomos individuais. Eles assumiram que essas partículas poderiam se misturar para formar novas substâncias. Entre os fundadores da teoria cinética molecular, que explicava o mecanismo de difusão, Mikhail Lomonosov desempenhou um papel especial. Eles deram uma definição para uma molécula, um átomo, e explicaram o mecanismo de dissolução.
Experiências
A experiência com o açúcar permite compreender todas as características da difusão. Se você colocar um pedaço de açúcar no chá frio, uma calda grossa se formará gradualmente no fundo da xícara. É visível a olho nu. Após algum tempo, a calda estará distribuída uniformemente por todo o volume do líquido e não será mais visível. Este processo ocorre espontaneamente e não envolve a mistura dos componentes da solução. Da mesma forma, a fragrância do perfume se espalha por toda a sala.
Os experimentos acima mostram que a difusão é um processo espontâneo de penetração de moléculas de uma substância em outra. A propagação da matéria ocorre em todas as direções, apesar da presença da gravidade. Tal processo é uma confirmação direta do movimento constante das moléculas da matéria.
Assim, no exemplo acima, ocorre a difusão das moléculas de açúcar e água, que é acompanhada por uma distribuição uniforme das moléculas de matéria orgânica ao longo do volume do líquido.
Experiências permitem detectar a difusão não apenas em líquidos, mas também em substâncias gasosas. Por exemplo, você pode instalar um recipiente com vapor de éter na balança. Gradualmente, as taças entrarão em equilíbrio, então o copo de éter ficará mais pesado. Qual é a razão para este fenômeno?
Com o tempo, as moléculas de éter se misturam com as partículas de ar, e um cheiro específico começa a ser sentido na sala. Em um curso de física do ensino médio, considera-se um experimento em que um professor dissolve um grão de permanganato de potássio (permanganato de potássio) em água. Em um primeiro momento, uma trajetória clara de movimento de grãos é visível,mas gradualmente toda a solução adquire uma tonalidade uniforme. Com base no experimento, o professor explica as características da difusão.
Para identificar os fatores que afetam a velocidade do processo em líquidos, pode-se usar água de diferentes temperaturas. Em um líquido quente, o processo de mistura mútua de moléculas é observado muito mais rápido, portanto, há uma relação direta entre o valor da temperatura e a taxa de difusão.
Conclusão
Experiências realizadas com gases, líquidos e sólidos permitem formular as leis da física, estabelecer a relação entre quantidades individuais.
Foi como resultado dos experimentos que o mecanismo de penetração mútua de partículas de uma substância em outra foi estabelecido, a natureza caótica de seu movimento foi comprovada. Empiricamente, verificou-se que a difusão ocorre mais rapidamente em substâncias gasosas. Este processo é de grande importância para a vida selvagem, é utilizado em ciência e tecnologia.
Graças a este fenômeno, a composição homogênea da atmosfera terrestre é mantida. Caso contrário, a estratificação da troposfera em substâncias gasosas separadas seria observada, e o dióxido de carbono pesado, inadequado para a respiração, estaria mais próximo da superfície do nosso planeta. A que isso levaria? A vida selvagem simplesmente deixaria de existir.
O papel da difusão no mundo vegetal também é ótimo. A exuberante copa das árvores pode ser explicada pela troca de difusão através da superfície das folhas. Como resultado, não apenas a respiração é realizada, mas também a nutrição da árvore. Atualmente na agriculturaé usada a alimentação foliar de arbustos e árvores, o que envolve a pulverização da coroa com compostos químicos especiais.
É durante a difusão que a planta recebe os nutrientes do solo. Processos fisiológicos que ocorrem em organismos vivos também estão associados a esse fenômeno. Por exemplo, o equilíbrio de sal é impossível sem difusão. Tais processos são de grande importância no fornecimento de oxigênio a lagos e rios. O gás entra nas profundezas do reservatório precisamente por difusão. Se tal processo estivesse ausente, a vida dentro do reservatório deixaria de existir.
A ingestão de medicamentos que permitem que uma pessoa se proteja de patógenos de várias doenças e melhore o bem-estar também é baseada na difusão. Esse fenômeno é usado na soldagem de metais, na produção de suco de açúcar a partir de lascas de beterraba e na preparação de produtos de confeitaria. É difícil encontrar um ramo da indústria moderna onde a difusão não seja usada.
