Дифузия: определение и примери във външния свят. Резюме: Тема: „Разпространение в живата и неживата природа Разпространение в растителния свят

MOU Zaozernaya средно училище със задълбочено изучаване на отделни предмети № 16

Тема: "Дифузия в живата и неживата природа."

Завършено:

Ученик от 8 клас Зябрев Кирил.

Учител по физика: Завялова Г.М.

Учител по биология: Зябрева В.Ф.

Томск - 2008 г

Въведение. ……………………………………………………………… 3

II. Дифузия в живата и неживата природа.

1. Историята на откриването на феномена. …………………………………. 4

2. Дифузия, нейните видове. ………………………………………….. 6

3. От какво зависи скоростта на дифузия? ……………………….. 7

4. Дифузия в неживата природа. ……………………………... 8

5. Дифузия в дивата природа. ………………………………… 9

6. Използване на явления на дифузия. …………………………. 16

7. Проектиране на отделни дифузионни явления. …………… 17

III. Заключение. …………………………………………………... 20

IV. Използвани книги. …………………………………. . 21

Въведение.

Колко невероятни и интересни неща се случват около нас. Далечни звезди блестят в нощното небе, свещ гори в прозореца, вятърът носи аромата на цъфтяща череша, възрастна баба те изпраща с очите си .... Искам да науча много, опитайте се да обясня сам. В крайна сметка много природни явления са свързани с дифузионни процеси, за които говорихме наскоро в училище. Но казаха толкова малко!

Работни цели :

1. Разширяване и задълбочаване на знанията за дифузията.

2. Симулирайте индивидуални процеси на дифузия.

3. Създаване на допълнителен компютърен материал за използване в часовете по физика и биология.

Задачи:

1. Намерете необходимия материал в литературата, Интернет, проучете го и го анализирайте.

2. Разберете къде се срещат явленията на дифузия в живата и неживата природа (физика и биология), какво значение имат, къде се използват от хората.

3. Опишете и проектирайте най-интересните експерименти върху това явление.

4. Създаване на анимационни модели на някои дифузионни процеси.

Методи: анализ и синтез на литература, дизайн, моделиране.

Работата ми се състои от три части; основната част се състои от 7 глави. Проучих и обработих материали от 13 литературни източника, включително учебна, справочна, научна литература и интернет сайтове, а също така подготвих презентация, направена в редактора на Power Point.

II. Дифузия в живата и неживата природа.

II .1. Историята на откриването на явлението дифузия.

Когато наблюдава суспензия от цветен прашец във вода под микроскоп, Робърт Браун наблюдава хаотично движение на частици, което възниква „не от движението на течност и не от нейното изпарение“. Суспендираните частици с размер 1 µm или по-малко, видими само под микроскоп, извършват хаотични независими движения, описвайки сложни зигзагообразни траектории. Брауновото движение не отслабва с времето и не зависи от химични свойствазаобикаляща среда; неговият интензитет нараства с повишаване на температурата на средата и с намаляване на нейния вискозитет и размер на частиците. Дори качествено обяснение на причините за Брауновото движение беше възможно едва 50 години по-късно, когато причината за Брауновото движение започна да се свързва с ударите на течните молекули върху повърхността на суспендираната в нея частица.

Първата количествена теория за Брауновото движение е дадена от А. Айнщайн и М. Смолуховски през 1905-06 г. на базата на молекулярно-кинетична теория. Беше показано, че случайните разходки на брауновите частици са свързани с участието им в топлинно движение заедно с молекулите на средата, в която са суспендирани. Частиците имат средно еднаква кинетична енергия, но поради по-голямата маса имат по-ниска скорост. Теорията на Брауновото движение обяснява произволното движение на частица чрез действието на случайни сили от молекули и сили на триене. Според тази теория молекулите на течност или газ са в постоянно топлинно движение и импулсите на различните молекули не са еднакви по големина и посока. Ако повърхността на частица, поставена в такава среда, е малка, какъвто е случаят с Браунова частица, тогава въздействията, изпитвани от частицата от околните молекули, няма да бъдат точно компенсирани. Следователно, в резултат на "бомбардирането" от молекули, Браунова частица започва да се движи произволно, променяйки големината и посоката на скоростта си приблизително 1014 пъти в секунда. От тази теория следва, че чрез измерване на изместването на частица за определено време и знаейки нейния радиус и вискозитета на течността, може да се изчисли числото на Авогадро.

Заключенията на теорията на Брауновото движение бяха потвърдени от измерванията на J. Perrin и T. Svedberg през 1906 г. Въз основа на тези зависимости бяха експериментално определени константата на Болцман и константата на Авогадро. (Константата на Авогадро означава се с NA, броят на молекулите или атомите в 1 мол вещество, NA = 6.022.1023 mol-1; име в чест на А. Авогадро.

константа на Болцман, физическа константа кравно на съотношението на универсалната газова константа Рдо числото на Авогадро н A: к = Р / н A = 1.3807.10-23 J/K. Кръстен на Л. Болцман.)

Когато се наблюдава Брауново движение, позицията на частицата се фиксира на равни интервали. Колкото по-кратки са интервалите от време, толкова по-начупена ще изглежда траекторията на частицата.

Моделите на брауновото движение служат като ясно потвърждение на основните положения на молекулярно-кинетичната теория. Най-накрая беше установено, че топлинната форма на движение на материята се дължи на хаотичното движение на атомите или молекулите, които изграждат макроскопичните тела.

Теорията на Брауновото движение играе важна роля в обосноваването на статистическата механика, тя е в основата на кинетичната теория на коагулацията (смесването) на водни разтвори. Освен това тя също има практическа стойноств метрологията, тъй като брауновото движение се счита за основен фактор, ограничаващ точността на измервателните уреди. Например границата на точността на показанията на огледален галванометър се определя от треперенето на огледалото, подобно на браунова частица, бомбардирана от въздушни молекули. Законите на брауновото движение определят произволното движение на електроните, причинявайки шум електрически вериги. Диелектричните загуби в диелектриците се обясняват със случайни движения на диполните молекули, които изграждат диелектрика. произволни движенияйони в електролитни разтвори повишават електрическото си съпротивление.

Траектории на Брауновите частици (схема на експеримента на Перин); точките маркират позициите на частиците на равни интервали.

По този начин, ДИФУЗИЯ ИЛИ БРАУНОВО ДВИЖЕНИЕ - Това произволно движение на най-малките частици, суспендирани в течност или газ, възникващи под въздействието на въздействието на молекулите на околната среда; отворен

Р. Браун през 1827г

II. 2. Дифузия, нейните видове.

Правете разлика между дифузия и самодифузия.

чрез дифузия наречено спонтанно проникване на молекули на едно вещество в празнините между молекулите на друго вещество. В този случай частиците се смесват. Дифузия се наблюдава при газове, течности и твърди вещества. Например капка мастило се смесва в чаша вода. Или миризмата на одеколон се разнася из стаята.

Дифузията, подобно на самодифузията, съществува, докато има градиент на плътността на веществото. Ако плътността на едно и също вещество не е еднаква в различни части на обема, тогава се наблюдава явлението самодифузия. Чрез самодифузия наречен процес на изравняване на плътността(или пропорционална на него концентрация) същото вещество. Дифузията и самодифузията възникват поради топлинното движение на молекулите, което в неравновесни състояния създава потоци от материя.

Плътността на масовия поток е масата на материята ( дм) дифузия за единица време през единица площ ( dS мн) перпендикулярно на оста х :

(1.1)

Явлението дифузия се подчинява на закона на Фик

(1.2)

където е модулът на градиента на плътността, който определя скоростта на промяна на плътността в посоката на оста х ;

д- коефициент на дифузия, който се изчислява от молекулярно-кинетичната теория по формулата

(1.3)

където е средната скорост на топлинното движение на молекулите;

Средна дължинасвободен път на молекулите.

Знакът минус показва, че преносът на маса се извършва в посока на намаляване на плътността.

Уравнение (1.2) се нарича уравнение на дифузия или закон на Фик.

II. 3. Скорост на дифузия.

Когато една частица се движи в дадено вещество, тя постоянно се сблъсква с неговите молекули. Това е една от причините, поради които при нормални условия дифузията е по-бавна от нормалното движение. От какво зависи скоростта на дифузия?

Първо, на средното разстояние между сблъсъци на частици, т.е. дължина на свободния път. Колкото по-голяма е тази дължина, толкова по-бързо частицата прониква в веществото.

Второ, налягането влияе на скоростта. Колкото по-плътна е опаковката на частиците в дадено вещество, толкова по-трудно е за чужда частица да проникне в такава опаковка.

Трето, скоростта на дифузия играе важна роля молекулна масавещества. Колкото по-голяма е целта, толкова по-вероятно е да бъде ударена, а след сблъсък скоростта винаги се забавя.

И четвърто, температура. С повишаване на температурата трептенията на частиците се увеличават, а скоростта на молекулите се увеличава. Скоростта на дифузия обаче е хиляда пъти по-бавна от скоростта на свободното движение.

Всички видове дифузия се подчиняват на едни и същи закони, описват се от коефициента на дифузия D, който е скаларна стойност и се определя от първия закон на Фик.

За едномерна дифузия ,

където J е плътността на потока на атомите или дефектите на веществото,
D - коефициент на дифузия,
N е концентрацията на атоми или дефекти на веществото.

Дифузията е процес на молекулярно ниво и се определя от случайния характер на движението на отделните молекули. Следователно скоростта на дифузия е пропорционална на средната скорост на молекулите. При газовете средната скорост на малките молекули е по-голяма, а именно тя е обратно пропорционална на корен квадратенот масата на молекулата и расте с повишаване на температурата. Процесите на дифузия в твърди тела при високи температури често намират практическо приложение. Например някои типове електроннолъчеви тръби (CRT) използват метален торий, разпръснат през метален волфрам при 2000 ºC.

Ако в смес от газове една молекула е четири пъти по-тежка от другата, тогава такава молекула се движи два пъти по-бавно в сравнение с движението си в чист газ. Съответно скоростта му на дифузия също е по-ниска. Тази разлика в скоростите на дифузия между леки и тежки молекули се използва за разделяне на вещества с различно молекулно тегло. Пример е разделянето на изотопи. Ако газ, съдържащ два изотопа, премине през пореста мембрана, по-леките изотопи проникват през мембраната по-бързо от по-тежките. За по-добро разделяне процесът се извършва на няколко етапа. Този процес е широко използван за разделяне на уранови изотопи (отделяне на 235U делящ се под неутронно облъчване от по-голямата част от 238U). Тъй като този метод на разделяне е енергоемък, са разработени други, по-икономични методи за разделяне. Например, използването на термична дифузия в газова среда е широко развито. Газ, съдържащ смес от изотопи, се поставя в камера, в която се поддържа пространствена температурна разлика (градиент). В този случай тежките изотопи се концентрират с течение на времето в студения регион.

Заключение. Дифузните промени се влияят от:

· молекулно тегло на веществото (колкото по-високо е молекулното тегло, толкова по-ниска е скоростта);

· средното разстояние между сблъсъци на частици (колкото по-голяма е дължината на пътя, толкова по-голяма е скоростта);

· налягане (колкото по-голяма е опаковката на частиците, толкова по-трудно е да се пробият),

· температура (когато температурата се повишава, скоростта се увеличава).

II.4. Дифузия в неживата природа.

Знаете ли, че целият ни живот е изграден върху странен парадокс на природата? Всеки знае, че въздухът, който дишаме, се състои от газове с различна плътност: азот N 2, кислород O 2, въглероден диоксид CO 2 и малко количество други примеси. И тези газове трябва да бъдат подредени на слоеве, според гравитацията: най-тежкият, CO 2, е на самата повърхност на земята, над нея - O 2, още по-високо - N 2. Но това не се случва. Ние сме заобиколени от хомогенна смес от газове. Защо пламъкът не угасва? В крайна сметка кислородът около него бързо изгаря? Тук, както в първия случай, работи механизмът за подравняване. Дифузията предотвратява дисбаланса в природата!

Защо морето е солено? Знаем, че реките си проправят път през дебелите скали, минерали и промивни соли в морето. Как се смесва солта с вода? Това може да се обясни с прост опит:

ОПИСАНИЕ НА ПРЕЖИВЯВАНЕТО:Изсипете воден разтвор на меден сулфат в стъклен съд. Внимателно изсипете чиста вода върху разтвора. Наблюдаваме границата между течностите.

Въпрос:Какво ще се случи с тези течности с течение на времето и какво ще наблюдаваме?

С течение на времето границата между контактуващите течности ще започне да се размива. Съд с течности може да се постави в шкаф и всеки ден да наблюдавате как се получава спонтанно смесване на течности. Накрая в съда се образува хомогенна течност с бледосин цвят, почти безцветна на светлина.

Частиците меден сулфат са по-тежки от водата, но поради дифузия те бавно се издигат нагоре. Причината е структурата на течността. Течните частици са опаковани в компактни групи - псевдоядра. Те са разделени един от друг с празнини - дупки. Ядрата не са стабилни, техните частици не са в равновесие за дълго време. Веднага след като частицата придаде енергия, частицата се отделя от ядрото и пада в празнини. Оттам лесно прескача към друго ядро ​​и т.н.

Молекулите на чуждо вещество започват своето пътуване през течността от дупки. По пътя те се сблъскват с ядра, избиват частици от тях и заемат мястото им. Премествайки се от едно свободно място на друго, те бавно се смесват с течни частици. Вече знаем, че скоростта на дифузия е ниска. Следователно при нормални условия този експеримент отне 18 дни, при нагряване - 2-3 минути.

Заключение: В пламъците на Слънцето, живота и смъртта на далечни светещи звезди, във въздуха, който дишаме, в промените на времето, в почти всички физически явления виждаме проявлението на всемогъщата дифузия!

II.5. Дифузия в дивата природа.

Понастоящем процесите на дифузия са добре проучени, установени са техните физически и химични закони и те са напълно приложими за движението на молекулите в живия организъм. Дифузията в живите организми е неразривно свързана с плазмената мембрана на клетката. Следователно е необходимо да се разбере как е подредено и как характеристиките на неговата структура са свързани с транспорта на вещества в клетката.

Плазмената мембрана (плазмалема, клетъчна мембрана), повърхностна, периферна структура, заобикаляща протоплазмата на растителни и животински клетки, служи не само като механична бариера, но най-важното ограничава свободния двупосочен поток към и от клетката на ниско- и високомолекулни вещества. Освен това плазмалемата действа като структура, която „разпознава“ различни химически веществаи регулиране на селективния транспорт на тези вещества в клетката

Външната повърхност на плазмената мембрана е покрита с рехав влакнест слой от вещество с дебелина 3-4 nm - гликокаликс. Състои се от разклонени вериги от сложни въглехидрати на мембранни интегрални протеини, между които могат да бъдат разположени съединения на протеини със захари и протеини с мазнини, изолирани от клетката. Веднага се откриват някои клетъчни ензими, участващи в извънклетъчното разграждане на вещества (извънклетъчно храносмилане, например в чревния епител).

Тъй като вътрешността на липидния слой е хидрофобна, тя осигурява практически непроницаема бариера за повечето полярни молекули. Благодарение на наличието на тази бариера се предотвратява изтичането на съдържанието на клетките, но поради това клетката е принудена да създаде специални механизми за транспортиране на водоразтворими вещества през мембраната.

Плазмената мембрана, подобно на другите липопротеинови клетъчни мембрани, е полупропусклива. Водата и разтворените в нея газове имат максимална проникваща способност. Транспортът на йони може да продължи по градиент на концентрация, т.е. пасивно, без консумация на енергия. В този случай някои мембранни транспортни протеини образуват молекулярни комплекси, канали, през които йони преминават през мембраната чрез проста дифузия. В други случаи специални мембранни протеини-носители избирателно се свързват с един или друг йон и го транспортират през мембраната. Този тип пренос се нарича активен транспорт и се осъществява с помощта на протеинови йонни помпи. Например, изразходвайки 1 ATP молекула, K-Na помпената система изпомпва 3 Na йони от клетката в един цикъл и изпомпва 2 K йони срещу концентрационния градиент. В комбинация с активен транспорт на йони, различни захари, нуклеотиди и аминокиселини проникват през плазмалемата. Макромолекулите, като протеините, не преминават през мембраната. Те, както и по-големите частици от веществото, се транспортират в клетката чрез ендоцитоза. По време на ендоцитоза определен участък от плазмалемата улавя, обгръща извънклетъчния материал и го затваря в мембранна вакуола. Тази вакуола - ендозома - се слива в цитоплазмата с първичната лизозома и настъпва смилане на уловения материал. Ендоцитозата е формално разделена на фагоцитоза (абсорбция на големи частици от клетката) и пиноцитоза (абсорбция на разтвори). Плазмената мембрана също участва в отстраняването на вещества от клетката чрез екзоцитоза, процес, който е обратен на ендоцитозата.

Дифузията на йони във водни разтвори е особено важна за живите организми. Също толкова важна е ролята на дифузията в дишането, фотосинтезата и транспирацията на растенията; при пренасянето на кислород от въздуха през стените на алвеолите на белите дробове и навлизането му в кръвта на хора и животни. Дифузията на молекулни йони през мембраните се осъществява с помощта на електрически потенциал вътре в клетката. Притежавайки селективна пропускливост, мембраните играят ролята на митници при преместване на стоки през границата: някои вещества преминават, други забавят, а трети обикновено се "изхвърлят" от клетката. Ролята на мембраните в живота на клетките е много голяма. Умиращата клетка губи контрол върху способността си да регулира концентрацията на вещества през мембраната. Първият признак на клетъчна смърт е началото на промени в пропускливостта и повреда на външната й мембрана.

В допълнение към конвенционалния транспорт - кинетичният процес на пренос на частици материя под действието на градиенти на електрически или химичен потенциал, температура или налягане - активен транспорт се осъществява и в клетъчните процеси - движение на молекули и йони срещу концентрационния градиент на веществата. Този механизъм на дифузия се нарича осмоза. (За първи път осмозата е наблюдавана от A. Nolle през 1748 г., но изследването на това явление започва век по-късно.) Този процес се осъществява поради различно осмотично налягане във воден разтвор от различни страни биологична мембранаВодата често преминава свободно чрез осмоза през мембраната, но тази мембрана може да е непропусклива за вещества, разтворени във вода. Любопитно е, че водата тече срещу дифузията на това вещество, но се подчинява общо правоконцентрационен градиент (в този случай вода).

Следователно водата има тенденция да преминава от по-разреден разтвор, където концентрацията му е по-висока, към по-концентриран разтвор на вещество, в който концентрацията на вода е по-ниска. Като не може директно да засмуква и изпомпва вода, клетката прави това с помощта на осмоза, променяйки концентрацията на разтворените вещества в нея. Осмозата изравнява концентрацията на разтвора от двете страни на мембраната. От осмотичното налягане на разтворите на вещества от двете страни на клетъчната мембрана и еластичността на клетъчната мембрана зависи стресово състояниеклетъчна мембрана, което се нарича тургорно налягане (turgor – от лат. turgere – да съм издут, напълнен). Обикновено еластичността на мембраните на животинските клетки (с изключение на някои чревни) е ниска, те нямат високо тургорно налягане и остават непокътнати само в изотонични разтвори или такива, които се различават малко от изотоничните (разликата между вътрешното налягане и външното налягане е по-малка от 0,5 -1.0 сутринта). В живите растителни клетки вътрешното налягане винаги е по-голямо от външното налягане, но разкъсването на клетъчната мембрана не се случва поради наличието на целулозна клетъчна стена. Разликата между вътрешните и външните налягания в растенията (например в растения от халофити - обичащи солта, гъби) достига 50-100 am. Но дори и така, границата на безопасност растителна клеткае 60-70%. При повечето растения относителното удължение на клетъчната мембрана поради тургора не надвишава 5-10%, а тургорното налягане е в диапазона 5-10 часа сутринта. Благодарение на тургора растителните тъкани имат еластичност и структурна здравина. (Опити No3, No4 потвърждават това). Всички процеси на автолиза (самоунищожение), увяхване и стареене са придружени от спад на тургорното налягане.

Като се има предвид дифузията в живата природа, не може да не се спомене и абсорбцията. Абсорбцията е процес на приемане на различни вещества от околната среда чрез клетъчни мембранив клетките, а чрез тях – във вътрешната среда на организма. При растенията това е процес на абсорбиране на вода с разтворени в нея вещества от корените и листата чрез осмоза и дифузия; при безгръбначни - от околната среда или кухинен флуид. При примитивните организми абсорбцията се осъществява с помощта на пино- и фагоцитоза. При гръбначните животни абсорбцията може да стане както от коремните органи - бели дробове, матка, пикочен мехур, така и от повърхността на кожата, от повърхността на раната и др. Летливите газове и пари се абсорбират от кожата.

Най-голямо физиологично значение има абсорбцията в стомашно-чревния тракт, която се извършва главно в тънките черва. За ефективния транспорт на веществата голяма повърхност на червата и постоянно висок кръвен поток в лигавицата са от особено значение, поради което се поддържа висок концентрационен градиент на абсорбираните съединения. При човека мезентериалният кръвоток по време на хранене е около 400 ml/min, а в разгара на храносмилането - до 750 ml/min, като основен дял (до 80%) има кръвотокът в лигавицата на храносмилателни органи. Поради наличието на структури, които увеличават повърхността на лигавицата - кръгови гънки, власинки, микровили, общата площ на смукателната повърхност на човешкото черво достига 200 m 2.

Водните и солните разтвори могат да дифундират от двете страни на чревната стена, както в тънките, така и в дебелите черва. Тяхната абсорбция се извършва главно в горните отдели на тънките черва. От голямо значение в тънките черва е транспортирането на Na + йони, поради което се създават главно електрически и осмотични градиенти. Абсорбцията на Na + йони се дължи както на активни, така и на пасивни механизми.

Ако клетката нямаше системи за регулиране на осмотичното налягане, тогава концентрацията на разтворените вещества в нея би била по-голяма от техните външни концентрации. Тогава концентрацията на вода в клетката би била по-малка от концентрацията й навън. В резултат на това би имало постоянен приток на вода в клетката и нейното разкъсване. За щастие животинските клетки и бактериите контролират осмотичното налягане в клетките си чрез активно изпомпване на неорганични йони като Na. Следователно общата им концентрация вътре в клетката е по-ниска, отколкото навън. Например, земноводните прекарват значителна част от времето си във вода, а съдържанието на сол в кръвта и лимфата им е по-високо, отколкото в сладката вода. Земноводните непрекъснато абсорбират вода през кожата си. Поради това те произвеждат много урина. Една жаба, например, ако й се превърже клоаката, се издува като топка. Обратно, ако земноводно попадне в солена морска вода, то се дехидратира и умира много бързо. Следователно моретата и океаните за земноводните са непреодолима бариера. Растителните клетки имат твърди стени, които ги предпазват от набъбване. Много протозои избягват спукване от входящата вода, като използват специални механизми, които редовно изхвърлят входящата вода.

По този начин клетката е отворена термодинамична система, която обменя материя и енергия с околната среда, но поддържа определено постоянство на вътрешната среда. Тези две свойства на саморегулиращата се система - отвореност и постоянство - се осъществяват едновременно, а метаболизмът (метаболизмът) е отговорен за постоянството на клетката. Метаболизмът е регулаторът, който допринася за запазването на системата, осигурява подходящ отговор на влиянията на околната среда. Ето защо необходимо условиеметаболизмът е раздразнителността на живата система на всички нива, която в същото време действа като фактор за последователността и целостта на системата.

Мембраните могат да променят своята пропускливост под въздействието на химикали и физически фактори, включително в резултат на деполяризация на мембраната при преминаване на електрически импулс през система от неврони и въздействие върху нея.

Невронът е сегмент от нервно влакно. Ако върху единия му край въздейства дразнител, възниква електрически импулс. Стойността му е около 0,01 V за човешките мускулни клетки и се разпространява със скорост около 4 m/s. Когато импулсът достигне синапса - връзка от неврони, която може да се разглежда като вид реле, което предава сигнал от един неврон към друг, тогава електрическият импулс се преобразува в химичен импулс чрез освобождаване на невротрансмитери - специфични междинни вещества . Когато молекулите на такъв медиатор навлязат в празнината между невроните, невротрансмитерът достига края на празнината чрез дифузия и възбужда следващия неврон.

Невронът обаче реагира само ако на повърхността му има специални молекули - рецептори, които могат да свържат само този медиатор и да не реагират на друг. Това се случва не само върху мембраната, но и във всеки орган, като например мускул, причинявайки неговото свиване. Импулсните сигнали през синапсите могат да инхибират или подобрят предаването на други и следователно невроните изпълняват логически функции („и“, „или“), което до известна степен служи на Н. Винер като причина да вярва, че изчислителните процеси в мозъкът на живия организъм и в компютъра следват по същество същия модел. Тогава информационен подходви позволява да опишете неживата и живата природа по единен начин.

Самият процес на действие на сигнала върху мембраната се състои в промяна на нейното високо електрическо съпротивление, тъй като потенциалната разлика върху нея също е от порядъка на 0,01 V. Намаляването на съпротивлението води до увеличаване на импулса на електрически ток и възбуждането се предава по-нататък във формата нервен импулс, като същевременно променя възможността за преминаване през мембраната на определени йони. Така информацията в тялото може да се предава комбинирано, чрез химични и физични механизми, а това гарантира надеждността и разнообразието от канали за нейното предаване и обработка в живата система.

С процесите на клетъчно дишане, когато клетките се образуват в митохондриите АТФ молекули, осигурявайки му необходимата енергия, процесите на обикновено дишане на жив организъм, които изискват кислород O2, получен в резултат на фотосинтезата, са тясно свързани. Механизмите на тези процеси също се основават на законите на дифузията. По същество това са материалните и енергийните компоненти, които са необходими на живия организъм. Фотосинтезата е процес на съхраняване на слънчева енергия чрез образуване на нови връзки в молекулите на синтезираните вещества. Изходните материали за фотосинтезата са вода H 2 O и въглероден диоксид CO 2 . Тези прости неорганични съединения образуват по-сложни, богати на енергия хранителни вещества. Като страничен продукт, но много важен за нас, се образува молекулярен кислород O 2 . Пример за това е реакция, която възниква поради абсорбцията на светлинни кванти и наличието на пигмента хлорофил, съдържащ се в хлоропластите.

Резултатът е една захарна молекула C 6 H 12 O 6 и шест кислородни молекули O 2. Процесът протича на етапи, първо, на етапа на фотолиза, водородът и кислородът се образуват чрез разделяне на водата, а след това водородът, комбинирайки се с въглероден диоксид, образува въглехидрат - захар C 6 H 12 O 6. По същество фотосинтезата е преобразуването на лъчистата енергия на Слънцето в енергията на химичните връзки на възникващи органични вещества. По този начин фотосинтезата, която произвежда кислород O 2 на светлина, е тази биологичен процескоято осигурява живи организми безплатна енергия. Процесът на нормално дишане като метаболитен процес в организма, свързан с консумацията на кислород, е обратен на процеса фотосинтеза. И двата процеса могат да вървят по следната верига:

слънчева енергия(фотосинтеза)

хранителни вещества + (дъх)

Енергия на химичните връзки.

крайни продуктидишането служи като изходен материал за фотосинтезата. По този начин процесите на фотосинтеза и дишане участват в кръговрата на веществата на Земята. Част от слънчевата радиация се поглъща от растенията и някои организми, които, както вече знаем, са автотрофи, т.е. самостоятелно хранене (храна за тях - слънчева светлина). По време на фотосинтезата автотрофите се свързват въглероден двуокисатмосфера и вода, образувайки до 150 милиарда тона органични вещества, асимилирайки до 300 милиарда тона CO 2 и отделяйки около 200 милиарда тона свободен кислород O 2 годишно.

получено органична материясе използват като храна от хора и тревопасни животни, които от своя страна се хранят с други хетеротрофи. След това остатъците от растения и животни се разлагат на прости неорганични вещества, който отново може да участва под формата на CO 2 и H 2 O във фотосинтезата. Част от получената енергия, включително съхраняваната под формата на изкопаеми енергийни горива, се използва за консумация от живи организми, част се разсейва безполезно в заобикаляща среда. Следователно процесът на фотосинтеза, поради възможността да им се осигури необходимата енергия и кислород, е на определен етап от развитието на биосферата на Земята катализатор за еволюцията на живите същества.

Дифузионните процеси са в основата на метаболизма в клетката, което означава, че с тяхна помощ тези процеси се извършват на ниво органи. Така протичат абсорбционните процеси в кореновите власинки на растенията, червата на животните и човека; газообмен в устицата на растенията, белите дробове и тъканите на хората и животните, отделителните процеси.

Биолозите се занимават със структурата и изучаването на клетките повече от 150 години, като се започне от Шлейден, Шван, Пуриме и Вирхов, които през 1855 г. установяват механизма на растеж на клетките чрез разделянето им. Установено е, че всеки организъм се развива от една клетка, която започва да се дели и в резултат на това се образуват много клетки, които забележимо се различават една от друга. Но тъй като развитието на организма първоначално започва от деленето на първата клетка, в един от етапите на нашия жизнен цикъл ние запазваме прилика с много далечен едноклетъчен предшественик и може да се каже на шега, че по-вероятно сме произлезли от амеба, отколкото от маймуна.

От клетките се образуват органи, а системата от клетки придобива такива качества, каквито не притежават нейните съставни елементи, т.е. отделни клетки. Тези разлики се дължат на набора от протеини, синтезирани от тази клетка. Има мускулни клетки, нервни клетки, кръвни клетки (еритроцити), епителни и други, в зависимост от тяхната функционалност. Клетъчната диференциация става постепенно по време на развитието на организма. В процеса на делене на клетките, техния живот и смърт, се извършва непрекъсната подмяна на клетките през целия живот на организма.

Нито една молекула в нашето тяло не остава същата за повече от няколко седмици или месеци. През това време молекулите се синтезират, изпълняват ролята си в живота на клетката, унищожават се и се заменят с други, повече или по-малко идентични молекули. Най-удивителното е, че живите организми като цяло са много по-постоянни от съставните им молекули, а структурата на клетките и цялото тяло, състоящо се от тези клетки, остава непроменена в този непрекъснат цикъл, въпреки подмяната на отделните компоненти.

Освен това не става въпрос за подмяна на отделни части на автомобила, а, както образно сравнява С. Роуз, каросерията с тухлена сграда, „от която луд зидар непрекъснато вади една тухла след друга през нощта и деня и вмъква нови такива на мястото им. В същото време външният вид на сградата остава същият, а материалът непрекъснато се подменя. Ние се раждаме с някои неврони и клетки и умираме с други. Пример е съзнанието, разбирането и възприятието на дете и стар човек. Всички клетки са завършени генетична информацияза изграждане на всички протеини на даден организъм. Съхраняването и предаването на наследствената информация се осъществява с помощта на клетъчното ядро.

Заключение: Невъзможно е да се преувеличава ролята на пропускливостта на плазмената мембрана в жизнената дейност на клетката. Повечето от процесите, свързани с осигуряването на клетката с енергия, получаването на продукти и освобождаването от продуктите на гниене, се основават на законите на дифузията през тази полупропусклива жива бариера.

Осмоза- всъщност обикновена дифузия на вода от места с по-висока концентрация на вода към места с по-ниска концентрация на вода.

Пасивен транспорт- това е пренасяне на вещества от места с голяма стойност на електрохимичния потенциал към места с по-ниска стойност. Прехвърлянето на малки водоразтворими молекули се извършва с помощта на специални транспортни протеини. Това са специални трансмембранни протеини, всеки от които е отговорен за транспорта на определени молекули или групи от свързани молекули.

Често е необходимо да се гарантира, че молекулите се транспортират през мембраната срещу техния електрохимичен градиент. Такъв процес се нарича активен транспорти се осъществява от протеини-носители, чиято дейност изисква разход на енергия. Ако протеинът носител е свързан с източник на енергия, може да се получи механизъм, който осигурява активния транспорт на веществата през мембраната.

II.6. Приложение на дифузия.

Човекът използва дифузионните явления от древни времена. Готвенето и отоплението на дома са свързани с този процес. Срещаме дифузия при термична обработка на метали (заваряване, запояване, рязане, нанасяне на покритие и др.); нанасяне на тънък слой метал върху повърхността на метални изделия за повишаване на химическата устойчивост, здравина, твърдост на части и устройства или за защитни и декоративни цели (цинковане, хромиране, никелиране).

Природният горим газ, който използваме у дома за готвене, е без цвят и мирис. Следователно би било трудно веднага да забележите изтичане на газ. И в случай на изтичане поради дифузия, газът се разпространява в цялата стая. Междувременно при определено съотношение на газ към въздух в затворено помещение се образува смес, която може да избухне, например от запалена клечка. Газът също може да причини отравяне.

За да се направи забележим потокът газ в помещението, в разпределителните станции горимият газ се смесва предварително със специални вещества, които имат остра неприятна миризма, която лесно се усеща от човек дори при много ниска концентрация. Тази предпазна мярка ви позволява бързо да забележите натрупването на газ в помещението, ако възникне изтичане.

В съвременната индустрия се използва вакуумно формоване, метод за производство на продукти от листови термопласти. Продуктът с необходимата конфигурация се получава поради разликата в налягането, която възниква поради разреждането в кухината на формата, върху която е фиксиран листът. Използва се например в производството на контейнери, части от хладилници, кутии за инструменти. Благодарение на дифузията по този начин е възможно да се заварява нещо, което не може да се заварява самостоятелно (метал със стъкло, стъкло и керамика, метали и керамика и много други).

Благодарение на дифузията на различни изотопи на урана през порести мембрани се получава гориво за ядрени реактори. Понякога ядреното гориво се нарича ядрено гориво.

Абсорбцията (резорбцията) на вещества, когато се въвеждат в подкожната тъкан, в мускулите или когато се прилагат върху лигавиците на окото, носа, кожата на ушния канал, се извършва главно поради дифузия. Това е основата за използването на много лекарствени вещества, а абсорбцията в мускулите става по-бързо, отколкото в кожата.

Народната мъдрост казва: "коси коса до роса." Кажете какво общо има дифузията и сутрешното косене? Обяснението е много просто. По време на сутрешната роса тревите имат повишено тургорно налягане, отворени устица, еластични стъбла, което улеснява тяхното косене (трева, окосена със затворени устица, изсъхва по-лошо).

В градинарството, при пъпки и присаждане на растения на секции, поради дифузия, се образува калус (от латински Callus - царевица) - тъкан на раната под формата на прилив в местата на увреждане и насърчава тяхното заздравяване, осигурява сливането на издънка с подложката.

Калусът се използва за получаване на култура от изолирани тъкани (експлантация). Това е метод за дългосрочно съхранение и култивиране в специални хранителни среди на клетки, тъкани, малки органи или техни части, изолирани от тялото на хора, животни и растения. Тя се основава на методите за отглеждане на култура от микроорганизми, които осигуряват асептика, хранене, газообмен и отстраняване на метаболитни продукти от култивирани обекти. Едно от предимствата на метода на тъканната култура е възможността да се наблюдава жизнената активност на клетките с помощта на микроскоп. За тази цел растителната тъкан се отглежда върху хранителна среда, съдържаща ауксини и цитокинини. Калусът обикновено се състои от слабо диференцирани хомогенни клетки на образователната тъкан, но с промяна в условията на отглеждане, предимно съдържанието на фитохормони в хранителната среда, в него е възможно образуването на флоема, ксилема и други тъкани, както и развитието на на различни органи и цялото растение.

II.7. Проектиране на индивидуални експерименти.

Използвайки научна литература, опитах се да повторя най-интересните експерименти за мен. Изобразих механизма на дифузия и резултатите от тези експерименти в презентацията под формата на анимационни модели.

ОПИТ 1.Вземете две епруветки: едната половина пълна с вода, другата половина пълна с пясък. Налейте вода в епруветка с пясък. Обемът на сместа от вода и пясък в епруветката е по-малък от сбора на обемите вода и пясък.

ОПИТ 2.Напълнете наполовина дълга стъклена тръба с вода и след това изсипете цветен алкохол отгоре. Маркирайте общото ниво на течностите в тръбата с гумен пръстен. След смесване на вода и алкохол обемът на сместа намалява.

(Експерименти 1 и 2. доказват, че има празнини между частиците материя; по време на дифузия те се запълват с частици материя - извънземно.)

ОПИТ 3.Привеждаме памучна вата, навлажнена с амоняк, в контакт с памучна вата, навлажнена с индикатор за фенолфталеин. Наблюдаваме оцветяването на руното в малинов цвят.

Сега на дъното на стъклен съд се поставя памучен тампон, навлажнен с амоняк, и се навлажнява с фенолфталеин. Прикрепяме към капака и покриваме стъкления съд с този капак. След известно време памучната вата, навлажнена с фенолфталеин, започва да се оцветява.

В резултат на взаимодействие с амоняка фенолфталеинът става пурпурен, което наблюдавахме при контакт с памучна вата. Но защо тогава във втория случай памучна вата, навлажнена с фенолфталеин. Освен това се оцветява, защото сега руното не е било в контакт? Отговор: непрекъснато хаотично движение на частици материя.

ОПИТ 4.По протежение на стената във висок цилиндричен съд се спуска тясна лента от филтърна хартия, импрегнирана със смес от нишестена паста с разтвор на индикатора фенолфталеин. Поставете йодни кристали на дъното на съда. Съдът се затваря плътно с капак, към който се закача памучна вата, напоена с амонячен разтвор.

Поради взаимодействието на йод с нишесте, синьо-виолетов цвят се издига нагоре върху лента хартия. В същото време надолу се разпространява пурпурен цвят - доказателство за движението на молекулите на амоняка. След няколко минути границите на цветните области на хартията ще се срещнат и тогава синият и пурпурният цвят ще се смесят, т.е. ще се получи дифузия.[10]

ОПИТ 5.(прекарват го заедно) Вземете часовник със секундарник, рулетка, бутилка тоалетна вода и застанете в различни ъгли на стаята. Човек отбелязва часа и отваря флакона. Друг отбелязва времето, когато помирише тоалетната вода. Чрез измерване на разстоянието между експериментаторите намираме скоростта на дифузия. За точност експериментът се повтаря 3-4 пъти и се намира средната стойност на скоростта. Ако разстоянието между експериментаторите е 5 метра, тогава миризмата се усеща след 12 минути. Тоест, скоростта на дифузия в този случай е 2,4 m/min.

ОПИТ 6.ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ПЛАЗМЕНИЯ ВИСКОЗИТЕТ ПО МЕТОДА НА ПЛАЗМОЛИЗАТА (по P.A. Genkel).

напредваща скорост изпъкнала плазмолиза в растителните клетки, когато се третират с хипертаничен разтвор, зависи от вискозитета на цитоплазмата; колкото по-нисък е вискозитетът на цитоплазмата, толкова по-скоро вдлъбнатата плазмолиза се превръща в изпъкнала. Вискозитетът на цитоплазмата зависи от степента на дисперсия на колоидните частици и тяхната хидратация, от съдържанието на вода в клетката, от възрастта на клетките и други фактори.

Напредък.Направете тънък разрез на епидермиса от листа от алое или отлепете епидермиса от меките люспи на лука. Приготвените срезове се оцветяват в часовниково стъкло за 10 минути в разтвор на неутрално червено с концентрация 1:5000. След това срезовете на обекта се поставят върху предметно стъкло в капка захароза с ниска концентрация и се покриват с едно покривно стъкло. Под микроскоп се отбелязва състоянието на плазмолиза. Първо, в клетките се отбелязва вдлъбната плазмолиза. В бъдеще тази форма или се запазва, или с една или друга скорост преминава в изпъкнала форма. Важно е да се отбележи времето на преход от вдлъбната към изпъкнала плазмолиза. Интервалът от време, през който вдлъбнатата плазмолиза се превръща в изпъкнала, е индикатор за степента на вискозитет на протоплазмата. Колкото по-дълго е времето за преход към изпъкнала плазмолиза, толкова по-голям е вискозитетът на плазмата. Плазмолизата в клетките на лука започва по-бързо, отколкото в кожата на алоето. Това означава, че цитоплазмата на клетките на алоето е по-вискозна.

ОПИТ 7.ПЛАЗМОЛИЗА. ДЕПЛАЗМОЛИЗА. ПРОНИКВАНЕ НА ВЕЩЕСТВА ВЪВ ВАКУОЛА [2]

Някои органични вещества бързо проникват във вакуолата. В клетките, когато се държат в разтвори на такива вещества, плазмолизата се губи относително бързо и настъпва деплазмолиза.

Деплазмолизата е възстановяването на тургора в клетките(т.е. обратното на плазмолизата).

Напредък.Участъци от горния епидермис на боядисаните люспи на лука (вдлъбната страна) се поставят в капка 1 М разтвор на урея или глицеринов тор за растения директно върху предметно стъкло, покрито с покривно стъкло. След 15-30 минути обектите се изследват под микроскоп. Плазмолизираните клетки са ясно видими. Оставете секциите в капка разтвор за още 30-40 минути. След това отново се изследват под микроскоп и се наблюдава деплазмолиза - възстановяване на тургора.

Заключение : Растенията не могат да контролират точно количеството химикали, влизащи и излизащи от клетките.

III. Заключение.

На законите на дифузията се подчиняват процесите на физическо и химично движение на елементите в земните недра и във Вселената, както и процесите на жизнената дейност на клетките и тъканите на живите организми. Дифузията играе важна роля в различни области на науката и технологиите, в процесите, протичащи в живата и неживата природа. Дифузията влияе върху потока на много химична реакция, както и много физични и химични процеси и явления: мембрана, изпарение, кондензация, кристализация, разтваряне, набъбване, горене, каталитични, хроматографски, луминесцентни, електрически и оптични в полупроводниците, забавяне на неутрони в ядрени реактори и др. Дифузията е от голямо значение при образуването на двоен електрически слой на фазовите граници, дифузиофореза и електрофореза, във фотографски процеси за бързо получаване на изображения и др. Дифузията е в основата на много общи технически операции: прахово синтероване, химико-термична обработка на метали, метализиране и заваряване на материали, дъбене на кожи и кожи, боядисване на влакна, преместване на газове с дифузионни помпи. Ролята на дифузията се увеличи значително поради необходимостта от създаване на материали с предварително определени свойства за развиващите се области на технологиите (ядрена енергия, космонавтика, радиационни и плазмени химични процеси и др.). Познаването на законите, които управляват дифузията, позволява да се предотвратят нежелани промени в продуктите, които възникват под въздействието на високи натоварвания и температури, облъчване и много други ...

Какъв би бил светът без дифузия? Спрете топлинното движение на частиците - и всичко наоколо ще стане мъртво!

В работата си обобщих събрания материал по темата на резюмето и подготвих презентация, направена в редактора на Power Point за неговата защита. Тази презентация, според мен, ще може да разнообрази материала на урока по тази тема. Някои от експериментите, описани в литературата, бяха повторени и леко модифицирани от мен. Най-интересните примери за дифузия са представени на презентационните слайдове в анимационни модели.

IV. Използвани книги:

1. В. Ф. Антонов, А. М. Черниш, В. И. Пасечник и др., Биофизика.

М., Арктос-Вика-прес, 1996

2. Афанасиев Ю.И., Юрина Н.А., Котовски Е.Ф. и др. Хистология.

М. Медицина, 1999.

3. Alberts B., Bray D., Lewis J. et al. Молекулярна биологияклетки.

В 3 тома. Том 1. М., Мир, 1994.

4. Голяма енциклопедия на Кирил и Методий 2006г

5. Варикаш В.М. и др.. Физиката в дивата природа. Минск, 1984 г.

6. Демянков E.N. Задачи по биология. М. Владос, 2004.

7. Николаев Н.И. Дифузия в мембраните. М. Химия, 1980, стр.76

8. Перишкин А.В. Физика. 7. М. Дропла, 2004 г.

9. Физически енциклопедичен речник, М., 1983, стр. 174-175, 652, 754

10. Шабловски В. Занимателна физика. Санкт Петербург, "тригон" 1997 г., стр.416

11.xttp//биография. fizten/bg./

12. xttp//markiv. narod.ru/

13. "http://en.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%84%D1%84%D1%83%D0%B7%D0%B8%D1%8F" Категории: Явления на атомно ниво | Термодинамични явления | Трансферни явления | дифузия

Урок по обща биология

Тема на урока:Дифузията е основата на живота

Тип тренировъчна сесия: интегриран урок(според класификацията на T.I. Шамова)

Задачи на урока:

1. Образователен аспект - формирането на знания за структурата, свойствата и функциите на вътрешния слой на клетъчната мембрана - плазмената мембрана (и в нейния пример други клетъчни мембрани), развитието на концепцията за съответствието на структура към изпълняваните функции.

2. Развиващ аспект - да активира мисленето на учениците, способността за сравняване, анализиране, способността за самостоятелно формулиране на изводи, насърчаване на развитието на логическото мислене, познавателна дейностстуденти.

3. Образователният аспект - повишаване на мотивацията за изучаване на биология, повишаване на интереса към предметите от природонаучния цикъл, използване на разнообразни методи на дейност, за да се покаже, че познаването на свойствата на живия организъм е възможно само с интегрирането на знанията получени от различни науки.

По време на часовете

1. Организационен момент

Подготовка на учениците за работа в класната стая: поздрав, положително психологическо отношение към работата, организация на вниманието за всички ученици.

Учител. Добър ден, скъпи ученици! Радвам се да се запознаем с вас и очаквам вашата помощ и сътрудничество в урока. Подавайки ви кошница с мандарини, ви каня да работим заедно. Ако приемеш предложението ми, отвори дланите си към мен, а ако не, отвърни ги от мен. Удоволствие е да гледаме тези плодове, ярките "портокалови топки" ни дават усещане за радост, наслада и въодушевление!

2. Мотивация на ученика

Като епиграф към нашия урок избрах думите на унгарския радиохимик Д. Хевеши: (първи слайд на презентацията)

Въпрос: Как разбирате тези думи?

Разсъждения на учениците

Организация на работата на учениците по нова тема

2. Прием "Кошница с идеи"

Кани учениците да почистят мандарината.

Въпрос: Какво се промени в публиката?

Въпрос: Защо се случи това?

Учителят поставя отговорите на учениците (образно) в „кошницата с идеи“

Въпрос: „Какво мислите, какво явление стои в основата на тези процеси?“

Обобщава.

Основното условие е да не се повтаря това, което вече е казано от други.

Учител: Защо се случва това, което е доказателство за непрекъснатото движение на молекулите в живата и неживата природа? Какви процеси са в основата на тези движения? Днес ще говорим за това с вас.

3. Поставяне на цели

Учител: Кани учениците да формулират темата на урока.

Коригира темата на урока: "Дифузията е основата на живота."

Помага на учениците при формулирането на целта на урока. Целта на нашия урок:доказват, че дифузията е основата на живота.

Учител: Цели на урока: да се разширят знанията за структурата, свойствата и функциите на цитоплазмената мембрана, да се покаже връзката на такива дисциплини като "Физика" и "Биология" в този урок и да се докаже, че дифузията е в основата на живота.

3. Актуализация на знанията.

Учител: Материалът на темата на днешния урок се основава на знанията, които сте получили по-рано в изучаването на биологията. Сега ще си спомним някои моменти с вас.

Кръстословица "Основни клетъчни структури"

(2-ри презентационен слайд)

Учител: Последната дума в кръстословицата е "черупка".

Въпрос: — И каква клетъчна структура се намира под черупката?

4. И изучаване на нов материал

Учител: Под клетъчната стена се намира плазмена мембрана (мембрана - кожа, филм), граничеща директно с цитоплазмата. Дебелината на плазмената мембрана е около 10 nm.

Учител:

1. Комплекти въпрос:— Спомнете си какви вещества са част от плазмената мембрана?

2. Разказ за структурата на плазмената мембрана (диаграма на структурата на мембраната е показана на слайда)

(3-ти презентационен слайд)

Ученици: Протеини и липиди. Те са на два слоя.

Учител: Липидните молекули в плазмената мембрана са подредени в два реда и образуват непрекъснат слой. Най-много в мембраните на фосфолипидите те съдържат остатък от фосфорна киселина. Фосфолипидните молекули са подредени по такъв начин, че хидрофилните "опашки" са обърнати навътре, а хидрофобните "глави" са обърнати навън, към водата.В допълнение към липидите, мембраната съдържа протеини (до 60%). Те определят специфичните функции на мембраната. Молекулите на протеините и липидите са подвижни, способни да се движат, главно в равнината на мембраната. Протеиновите молекули не образуват непрекъснат слой.

Разграничаване:

периферни протеини- разположени на външната или вътрешната повърхност на мембраната, те могат да преобразуват сигнали от външната и вътрешната среда,

полуинтегрални протеини– потопени в бислоя на различна дълбочина, поддържат структурата на мембраната,

трансмембранни протеини- проникват през мембраната, контактуват с външната и вътрешната среда на клетката, катализират метаболитните реакции, осигуряват транспорта на катиони и аниони, образуват пори.

Учител: Свойства на мембраната

Но преди да преминем към свойствата на мембраните, нека си припомним какво знаете от курса по физика.

Въпрос: „Какво обяснява, от гледна точка на физиката, едно от свойствата на течността - течливост?“

Въпрос: "В какъв случай се наблюдава това явление?"

Отговори: Обяснява се с взаимното привличане на молекулите на течността. Това явление се наблюдава, ако разстоянието между молекулите на течността е сравнимо с размера на самата молекула.

Кани учениците да попълнят диаграмата, докато обясняват материала

(4-ти презентационен слайд)

Учител: Ще обясним свойствата на мембраната в опити със сапунен мехур.

Проблемен въпрос: "Защо взехме сапунен мехур?"

Демонстрация на структурата на сапунен мехур.

(5-ти слайд на презентацията)

Учител: Отговор: Но факт е, че молекулите на сапуна и фосфолипидите, които изграждат мембраните, имат подобна структура.

Опит:Ученик демонстрира потока на течност в стената на сапунен мехур, окачен на пластмасова тръба.

Първото свойство на мембраните е подвижността.

Липидният двуслой по същество е течна формация, в чиято равнина молекулите могат да се движат свободно - „текат“ без загуба на контакти поради взаимно привличане. Хидрофобните опашки могат да се плъзгат свободно една спрямо друга.

Опит:Ученикът демонстрира как, когато се пробие сапунен мехур и след това се извади иглата, целостта на стената му веднага се възстановява.

Учител: Второто свойство е способността за самозатваряне.

Благодарение на тази способност клетките могат да се сливат чрез сливане на техните плазмени мембрани (например по време на развитието на мускулната тъкан). Същият ефект се наблюдава, когато клетката се разреже на две части с микронож, след което всяка част е заобиколена от затворена плазмена мембрана.

Въпрос: „В какъв случай, от гледна точка на физиката, има ли взаимно привличане между молекулите?“

Отговор: взаимно привличане се наблюдава, ако разстоянието между молекулите е сравнимо с размера на молекулата, но ако разстоянието стане много по-голямо, тогава взаимното привличане не се появява.

Видео клип "Улеснена дифузия"

Учител: трето най-важното свойствомембраните са селективна пропускливост. Това означава, че молекулите и йоните преминават през нея с различна скорост и колкото по-голям е размерът на молекулите, толкова по-бавно е преминаването им през мембраната. Това свойство определя плазмената мембрана като осмотична бариера.Водата и разтворените в нея газове имат максимална проникваща способност; йоните преминават през мембраната много по-бавно.

Учител: Назовете свойствата на мембраната:

Учениците отговарят: 1. Подвижност. 2. Самозатваряща се. 3. Селективна пропускливост. (6-ти презентационен слайд)

Учител: Сега да си починем малко.

Физкултурна минута

Учител:

Демонстрация на опит „Наблюдение на плазмолиза и деплазмолиза на растителна клетка“(видеоклип)

Въпроси:

Какво представлява плазмолизата?

Какво явление се нарича деплазмолиза?

Какво е осмоза?

Прави заключения с учениците.

Учител: Заключение:

ПЛАЗМОЛИЗА - отделяне на париеталния слой на цитоплазмата от твърдата обвивка на растителната клетка.

ДЕПЛАЗМОЛИЗА

ОСМОЗА

Уверихме се, че плазмената мембрана има селективна пропускливост

Учител: Опарин Александър Иванович каза, че след появата на мембраните ... първите живи организми могат да се образуват от супата, сварена в моретата. На какво основание ученият е стигнал до подобно твърдение?

Ученици: Мембраната отделя клетъчното съдържание от външната среда.

Учител: Нека си припомним кои са основните функции на клетъчната мембрана?

Ученици: 1. Бариера

2. Транспорт

3. Рецептор

Видео клип "Функции на мембраната"

Учител: Нека се спрем по-подробно на транспортната функция на мембраната.

Учител: Упражнение 1. Представете си, че сте стигнали до стена, до ограда, до препятствие, което трябва да преодолеете. Как ще се опитате да влезете вътре?

Учениците се разделят на две групи, като на всяка група се дава лист хартия, който е разделен с вертикална линия на две колони. На групата се дават 2 минути за размисъл. Учениците трябва да предложат възможно най-много начини за проникване и да ги запишат в лявата колона на листа.

Рекламна групова работа, в резултат на която списъкът на всяка група се допълва от най-успешните предложения.

Задача 2. Представете си, че е необходимо да се преодолее бариерата не към човек, който се е приближил до ограда или стена, а към вещество, разположено до жива клетка. Той трябва да влезе в клетката. Опитайте се да намерите аналогии на всеки от предложените от вас начини за преодоляване на пречките. Запишете ги от дясната страна на лист хартия.

Социализация в групи. Учениците четат на глас методите за проникване в клетката и записват най-успешните аналогии на други групи.

Учител: (обобщава работата на групите и обяснява начините на транспорт през мембраната).

дифузия

Видео фрагмент "Дифузия в мембраната"

Осмозата е движението на разтворител от зона с висока концентрация към област с по-ниска концентрация.

Учител: Говорим за дифузия в експерименти. Отново ви връщам към неживата природа и ви моля да си припомните какво е дифузия от гледна точка на физиката?

дифузияТова е явлението на взаимно проникване на молекули на едно вещество между молекулите на друго.

Учител: Какви са характеристиките на дифузията в живата и неживата природа? Какво определя скоростта на дифузия?

Дискусия на студентите, хипотези

Учител: И така, смятате ли, че скоростта на дифузия зависи от температурата и от състоянието на агрегиране на веществото? Защо?

Приблизителни отговори на учениците

Учител: Сега нека проверим хипотезата ви експериментално.

Опит

Оборудване: 2 чаши с вода с различни температури, чаши, пипета, кафе

Напредък:

Налейте еднакво количество вода, но с различни температури, в два еднакви стъклени съда.

Капнете 2-3 капки топла и студена вода върху чашите (на различни чаши)

Отгоре поставете няколко зрънца разтворимо кафе.

Гледайте какво се случва. (1 - 2 минути)

Измерете времето, необходимо на цялата вода в чашата да се оцвети.

Феноменът дифузия има ли място в този експеримент? Защо?

Запишете резултатите в таблица.

номер опит

Чаша вода

Време за оцветяване

Студ

горещ

Какво можете да кажете за скоростта на дифузия в първия и втория съд?

Сега и в двата съда дифузията включва едни и същи вещества, които са в едни и същи агрегатни състояния. Значи скоростта на дифузия трябва да е същата? Но резултатите от експеримента показват обратното. Защо?

Скоростта на дифузия се увеличава с повишаване на температурата, тъй като молекулите на взаимодействащите тела започват да се движат по-бързо. Това твърдение е вярно за вещества във всяко състояние на агрегат.

Заключение: Дифузията възниква в течности и се ускорява с повишаване на температурата.

5. Първична проверка на разбирането на изучавания материал.

Учител: Връща се към въпрос, дадено в началото на урока: „Кажете ми, защо миризмата на мандарина, след като започнахме да я белим, се разпространи в аудиторията?“

Въпрос:"Какво физическо явление е в основата на механизма на транспортиране на вещества в клетката през цитоплазмената мембрана?"

Консолидация.

Кани учениците да изпълнят тестова задача (с помощта на мултимедийна презентация) за затвърдяване на изучения материал.

1. Изберете основните функции на плазмената мембрана

а) транспорт, бариера, рецептор

б) транспорт, енергия, бариера

в) транспортни, енергийни, каталитични

2. Какви вещества са включени в плазмената мембрана?

а) въглехидрати и протеини

б) протеини и липиди

в) протеини и нуклеинова киселина

3. Какъв процес е показан на тази снимка?

а) осмоза

б) дифузия

в) плазмолиза

4. Какъв процес е показан на тази снимка?

а) плазмолиза

б) деплазмолиза

в) митоза

5. Да се ​​обърнем към бобакоито са на вашите маси. Едното зърно накиснахме предварително в гореща вода, другото остана сухо. Мисля, че разликата в големината на зърната се вижда. Какъв процес виждате тук?

а) плазмолиза

б) осмоза

в) растеж

Взаимна проверка на тестовата задача

7. Анализ

Учител: Нека се обърнем към епиграфа на нашия урок

„Мислещият ум не се чувства щастлив, докато не успее да свърже заедно разнородните факти, които наблюдава“

Въпрос: Мислите ли, че избрах правилния епиграф за нашия урок? Обясни защо?

Учениците обсъждат и отговарят на въпроса.

Учител: Така Защо дифузията е основата на живота?

Ученици: Дифузията е от голямо значение в жизнените процеси на живите обекти. Дифузията играе важна роля в храненето на растенията, пренос хранителни вещества, кислород при хора и животни.

Учител: „Къде мислите (в живота, в професията) ще имате нужда от знания за дифузията?“

Учител: Какво явление свързва дисциплините "Физика" и "Биология" в изучаването на свойствата и функциите на плазмената мембрана?

8. Домашна работа

Информира студентите домашна работа, обяснява изпълнението.

1. Решете думата "Объркване на букви".

Проникването на молекули на едно вещество в междумолекулните пространства на друго

Състоянието на материята, при което дифузията протича с най-висока скорост

Дифузия в една посока през полупропускливи мембрани

Резултатът от емисиите в атмосферата и реките на опасни производствени отпадъци

Разхвърлян……. молекули води до дифузия на веществата.

Физическо количество, което ускорява процеса на дифузия

Въвеждането на лекарства през кожата с помощта на електрически ток.

2. Създаване на брошура „Разпространение в моята професия“.

3. Изберете няколко поговорки, в които се наблюдава явлението дифузия.

4. Проведете експеримент.

Първата и втората задача се изпълняват от всички ученици.

Трето и четвърто - по желание.

9. Рефлексия

Предлага се учениците да „обличат“ дървото с мандарини:

Ако ви хареса урокът, научихте много нови и интересни неща, тогава към дървото е прикрепена оранжева мандарина;

Ако урокът не беше приятен, беше скучен и безинтересен, тогава към дървото се прикрепя бяла мандарина.

Кани учениците да посочат най-активния ученик на урока, този ученик се награждава с кошница мандарини за активна работа в интегрирания урок „Дифузията е основата на живота“

дифузия

Пример за дифузия е смесването на газове (например разпространение на миризми) или течности (ако капнете мастило във вода, течността ще стане равномерно оцветена след известно време). Друг пример е свързан с твърдо тяло: атомите на съседни метали се смесват на контактната граница. Дифузията на частици играе важна роля във физиката на плазмата.

Обикновено под дифузия се разбират процеси, придружени от пренос на материя, но понякога други процеси на пренос също се наричат ​​дифузия: топлопроводимост, вискозно триене и др.

Скоростта на дифузия зависи от много фактори. Така че, в случай на метален прът, термичната дифузия се извършва много бързо. Ако прътът е направен от синтетичен материал, термичната дифузия протича бавно. Дифузията на молекулите в общия случай протича още по-бавно. Например, ако парче захар се спусне на дъното на чаша с вода и водата не се разбърква, ще отнеме няколко седмици, преди разтворът да стане хомогенен. Още по-бавна е дифузията на едно твърдо вещество в друго. Например, ако медта е покрита със злато, тогава ще настъпи дифузия на злато в мед, но при нормални условия (стайна температура и атмосферно налягане), златоносният слой ще достигне дебелина от няколко микрона едва след няколко хиляди години.

Количествено описание на процесите на дифузия е дадено от немския физиолог А. Фик ( Английски) през 1855 г

общо описание

Всички видове дифузия се подчиняват на едни и същи закони. Скоростта на дифузия е пропорционална на площта на напречното сечение на пробата, както и на разликата в концентрациите, температурите или зарядите (в случай на относително малки стойности на тези параметри). Така топлината ще се движи четири пъти по-бързо през пръчка с диаметър два сантиметра, отколкото през пръчка с диаметър един сантиметър. Тази топлина ще се разпространява по-бързо, ако температурната разлика на сантиметър е 10°C вместо 5°C. Скоростта на дифузия също е пропорционална на параметъра, характеризиращ даден материал. В случай на топлинна дифузия този параметър се нарича топлопроводимост, в случай на поток от електрически заряди - електрическа проводимост. Количеството вещество, което дифундира за дадено време, и разстоянието, изминато от дифузиращото вещество, са пропорционални на корен квадратен от времето на дифузия.

Дифузията е процес на молекулярно ниво и се определя от случайния характер на движението на отделните молекули. Следователно скоростта на дифузия е пропорционална на средната скорост на молекулите. При газовете средната скорост на малките молекули е по-голяма, а именно тя е обратно пропорционална на корен квадратен от масата на молекулата и нараства с повишаване на температурата. Процесите на дифузия в твърди тела при високи температури често намират практическо приложение. Например някои типове електроннолъчеви тръби (CRT) използват метален торий, дифузиран през метален волфрам при 2000°C.

Ако в смес от газове масата на една молекула е четири пъти по-голяма от другата, тогава такава молекула се движи два пъти по-бавно в сравнение с движението си в чист газ. Съответно скоростта му на дифузия също е по-ниска. Тази разлика в скоростите на дифузия между леки и тежки молекули се използва за разделяне на вещества с различно молекулно тегло. Пример е разделянето на изотопи. Ако газ, съдържащ два изотопа, премине през пореста мембрана, по-леките изотопи проникват през мембраната по-бързо от по-тежките. За по-добро разделяне процесът се извършва на няколко етапа. Този процес е широко използван за разделяне на уранови изотопи (отделяне на 235 U от по-голямата част от 238 U). Тъй като този метод на разделяне е енергоемък, са разработени други, по-икономични методи за разделяне. Например, използването на термична дифузия в газова среда е широко развито. Газ, съдържащ смес от изотопи, се поставя в камера, в която се поддържа пространствена температурна разлика (градиент). В този случай тежките изотопи се концентрират с течение на времето в студения регион.

Уравнения на Фик

От гледна точка на термодинамиката, движещият потенциал на всеки процес на изравняване е нарастването на ентропията. При постоянно налягане и температура ролята на такъв потенциал играе химическият потенциал µ , причинявайки поддържането на потока на материята. Потокът от частици на веществото е пропорционален на потенциалния градиент

В повечето практически случаи се използва концентрацията вместо химичния потенциал ° С. Директна подмяна µ На ° Сстава неправилно в случай на високи концентрации, тъй като химичният потенциал престава да бъде свързан с концентрацията според логаритмичния закон. Ако не разглеждаме такива случаи, тогава горната формула може да бъде заменена със следното:

което показва, че плътността на потока на материята Джпропорционална на коефициента на дифузия д[()] и градиента на концентрация. Това уравнение изразява първия закон на Фик. Вторият закон на Фик свързва пространствените и времевите промени в концентрацията (уравнение на дифузията):

Коефициент на дифузия дзависим от температурата. В редица случаи в широк температурен диапазон тази зависимост е уравнението на Арениус.

Допълнително поле, приложено успоредно на градиента на химическия потенциал, нарушава стационарното състояние. В този случай процесите на дифузия се описват от нелинейното уравнение на Фокер-Планк. Дифузионните процеси са от голямо значение в природата:

• Хранене, дишане на животни и растения;
• Проникването на кислород от кръвта в човешките тъкани.

Геометрично описание на уравнението на Фик

Във второто уравнение на Фик от лявата страна е скоростта на промяна на концентрацията във времето, а от дясната страна на уравнението е втората частна производна, която изразява пространственото разпределение на концентрацията, по-специално изпъкналостта на температурата функция на разпределение, проектирана върху оста x.

Вижте също

• Повърхностната дифузия е процес, свързан с движението на частици, възникващи по повърхността на кондензирано тяло в рамките на първия повърхностен слой от атоми (молекули) или над този слой.

Бележки

Литература

• Бокщейн Б.С.Атомите се скитат през кристала. - М .: Наука, 1984. - 208 с. - (Библиотека "Квант", бр. 28). - 150 000 копия.

Връзки

• Дифузия (видео урок, програма за 7. клас)
• Дифузия на примесни атоми върху повърхността на монокристал

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е "дифузия" в други речници:

- [лат. diffusio разпространение, разпространение] физичен, химичен. проникването на молекули на едно вещество (газ, течност, твърдо вещество) в друго при директен контакт или през пореста преграда. Речник на чуждите думи. Комлев Н.Г.,… … Речник на чуждите думи на руския език

дифузия- е проникването в средата на частици от едно вещество на частици от друго вещество, което възниква в резултат на топлинно движение в посока на намаляване на концентрацията на друго вещество. [Blum E.E. Речник на основните металургични термини. Екатеринбург… Енциклопедия на термини, определения и обяснения на строителните материали

Съвременна енциклопедия

- (от латински diffusio разпространение разпространение, дисперсия), движението на частици от средата, което води до пренос на материя и изравняване на концентрациите или до установяване на равновесно разпределение на концентрациите на частици от даден тип в средата. В отсъствието на… … Голям енциклопедичен речник

ДИФУЗИЯ, движението на вещество в смес от област с висока концентрация към област с ниска концентрация, причинено от произволното движение на отделни атоми или молекули. Дифузията спира, когато градиентът на концентрация изчезне. Скорост…… Научно-технически енциклопедичен речник

дифузия- и добре. diffusion f., нем. Дифузия лат. diffusio разпространение, разпространение. Взаимно проникване на съседни вещества едно в друго поради топлинното движение на молекулите и атомите. Дифузия на газове, течности. БАН 2. || прев. Те… … Исторически речникгалицизми на руския език

дифузия- (от латинското дифузно разпределение, разпространение, дисперсия), движението на частиците на средата, което води до пренос на материя и изравняване на концентрациите или установяване на тяхното равновесно разпределение. Дифузията обикновено се определя от топлинно движение ... ... Илюстрован енциклопедичен речник

Движението на частиците в посока на намаляване на концентрацията им, поради топлинно движение. D. води до изравняване на концентрациите на дифундиращото вещество и равномерното запълване на обема с частици. ... ... Геологическа енциклопедия

Статията показва ролята на дифузните процеси при рани, зашити по традиционния начин и по начина, предложен от авторите. Теоретично е обосновано подобряването на дифузните процеси в раните при лечение на хардуерен метод.

Проблемът за заздравяването на рани с различна етиология е един от основните клонове на медицината, които не са загубили значението си в момента. Лечението на тази патология в най-кратки срокове без гнойни усложнения е възможно само при достатъчно осигуряване на лечебните заведения със съвременни ефективни лекарства за заздравяване на рани.

В процеса на раната местната и общата реакция на тялото е пряко зависима от тежестта и характеристиките на увреждането на тъканите и органите. Местните и общите реактивни процеси по време на процесите на регенерация са в пряка и обратна връзка, като са взаимозависими и взаимно си влияят. В основата на лечението на рани е способността да се контролира хода на процеса на раната. Този проблем неизменно е в полезрението на учени и практикуващи хирурзи.

Голям бройизползваните методи за лечение на рани принадлежат към фармакологичната група. В същото време бяха предложени голям брой технически средства за лечение на рани. Въпреки това, най-често срещаният метод за зашиване на рани е кръгъл вертикален шев.

Човешката кожа, състояща се от колагенови протеини, е идеална естествена мембрана, която изпълнява множество метаболитни и защитни функции. Тези процеси се дължат главно на дифузия. Дифузия (от латински diffusio - разпространение, разпространение), взаимно проникване на съседни вещества едно в друго поради движението на частици от веществото.

Дифузията е процес на молекулярно ниво и се определя от случайния характер на движението на отделните молекули. Следователно скоростта на дифузия е пропорционална на средната скорост на молекулите. Дифузията протича в посока на намаляване на концентрацията на веществото и води до равномерно разпределение на веществото в целия обем, който заема (до изравняване на химичния потенциал на веществото).

Ролята на дифузните процеси в патогенезата и лечението на процеса на раната е много висока. Така например при трансплантация на кожа играе роля дебелината на клапите огромна роляпри заздравяване на рани от изгаряне, тъй като има положителен ефект върху дифузните процеси между присадката и повърхността на раната.

Значението на дифузните процеси в раната обаче практически не е проучено. Ръбовете на раната са проводими системи, в които при нормални условия трябва да протичат дифузни процеси. Този процес е показан схематично на фигура 1.

Схематичният чертеж показва, че хирургическата рана (1), зашита с традиционните кръгови вертикални конци според класификацията на Голиков A.N., има някои недостатъци. Хирургическият шев (2), който е средство за приближаване на краищата на раната, осигурява пълна исхемия (5) на тъканите, което води до образуване на "тихи зони" за преминаване на дифузни процеси, което води до деформация (4 ) на вектора на дифузия (3). В резултат на това традиционно използваният хирургичен конец води до изкуствено образуване на тъканни участъци, които не участват в процесите на регенерация. Освен това, в неблагоприятни случаи, тези "тъканни дефекти" са източниците на образуване на огнища на инфекциозния процес. Защото в крайна сметка тъканта, лишена от достъп до хранителни вещества, кислород и т.н., некротира, което завършва с образуването на белег. В противен случай некротичните тъканни маси са благоприятна среда за размножаване на патогени.

За хардуерния метод е получен защитен документ на Националния институт по интелектуална собственост на Република Казахстан № 13864 от 15.08.2007 г. Основният принцип на предложения метод е плътното затваряне на ръбовете на раната един към друг с помощта на физични и механични техники. Найлонова въдица с достатъчна дължина се прилага по ръба на раната, създавайки „лигатурна дъга“, която се фиксира с краищата си към краищата на апарата на авторския дизайн.

Апаратът на автора в сглобена форма има формата на рамка, под формата на четириъгълен успоредник, страникоито са съставени от пръти, а краищата са подвижни ленти, разположени и фиксирани към прътите с две гайки в двата края на щифтовете, върху подвижните ленти са пробити отвори с еднакъв диаметър за прътите и фиксиране на резбите на лигатурите (фиг. 2).

процеси на регенерация. Ефективността на апаратния метод е доказана експериментално и клинично.

По този начин теоретично е предложена обосновка за ефективността на предложения хардуерен метод в сравнение с традиционните методи за зашиване на рани. Това се дължи на увеличаване на натиска върху зоната на раната, което (поради конструктивните характеристики на устройството) води до локално увеличаване на скоростта на дифузия.

Литература

1. Голиков А.Н. Заздравяване на гранулираща рана, затворена с конци. - Москва: 1951. - 160 с.
2. Waldorf H., Fewres J. Зарастване на рани // Adv. Derm. - 1995. № 10. - С. 77–96.
3. Абатурова Е.К., Байматов В.Н., Батиршина Г.И. Влияние на биостимулантите върху процеса на раната // Морфология. - 2002. - Т. 121, № 2–3. – S.6.
4. Кочнев О.С., Измайлов Г.С. Методи за зашиване на рани. - Казан: 1992. - 160 с.
5. Киселев С.И. Стойността на донорските кожни ресурси при избора на рационална хирургична тактика при пациенти с дълбоки изгаряния: Резюме на дисертацията. … Кандидат на медицинските науки. Рязан, 1971. 17 с.

Zharalardy emdeu биология syndagy дифузия

Туин Makalada әdettegi әdіspen zhane maқala avtorlarymen ұsynylyp otyrғan apparatuses аdіstің zhalalardy emdeudegі дифузионен процесор turaly aitylgyn. Zharalarda дифузия на процесаsterdin apparatty adistin zhaksargany теория zhuzinde daleldip korsetildі.

ДИФУЗИЯ ВБИОЛОГИЯИзцеление

РезюмеСтатията показва ролята на дифузните процеси при рани, зашити по традиционния начин и метода, предложен от авторите. Теоретично са обосновани дифузните процеси в раните.

Есиркепов М.М., Нурмашев Б.К., Муканова У.А.

Държава Южен Казахстан медицинска академия, Шимкент

IN училищна програмав курса по физика (приблизително в седми клас) учениците ще научат, че дифузията е процес, който представлява взаимно проникване на частици от едно вещество между частици от друго вещество, в резултат на което концентрациите се изравняват в целия зает обем. Това е доста трудно определение за разбиране. За да разберете какво е простата дифузия, законът на дифузията, нейното уравнение, е необходимо да се проучат подробно материалите по тези въпроси. Ако обаче човек има достатъчно Главна идея, тогава данните по-долу ще ви помогнат да получите основни знания.

Физически феномен - какво е това

Поради факта, че много хора объркват или изобщо не знаят какво е физическо явление и как се различава от химическото, както и към какъв вид явление принадлежи дифузията, е необходимо да се разбере какво е физическо явление. И така, както всички знаят, физиката е самостоятелна наука, принадлежаща към областта на естествените науки, която изучава общите природни закони за структурата и движението на материята, а също така изучава самата материя. Съответно физическото явление е такова явление, в резултат на което не се образуват нови вещества, а се получава само промяна в структурата на веществото. Разликата между физическото явление и химичното се състои именно в това, че в резултат не се получават нови вещества. Следователно дифузията е физическо явление.

Дефиниция на понятието дифузия

Както знаете, може да има много формулировки на едно понятие, но общият смисъл не трябва да се променя. И дифузията не е изключение. Обобщената дефиниция е следната: дифузията е физическо явление, което представлява взаимното проникване на частици (молекули, атоми) на две или повече вещества до равномерно разпределение в целия обем, зает от тези вещества. В резултат на дифузията не се образуват нови вещества, следователно е именно физическо явление. Простата дифузия се нарича дифузия, в резултат на която частиците се движат от зоната на най-висока концентрация към зоната на по-ниска концентрация, което се дължи на топлинно (хаотично, брауново) движение на частиците. С други думи, дифузията е процес на смесване на частици от различни вещества, като частиците се разпределят равномерно в целия обем. Това е много опростено определение, но най-разбираемото.

Видове дифузия

Дифузията може да бъде фиксирана както при наблюдение на газообразни и течни вещества, така и при твърди вещества. Следователно, той включва няколко вида:

• Квантовата дифузия е процесът на дифузия на частици или точкови дефекти (локални смущения в кристалната решетка на вещество), който се извършва в твърди тела. Локалните нарушения са нарушения в определена точка на кристалната решетка.

• Колоидна - дифузия, протичаща в целия обем на колоидната система. Колоидната система е среда, в която са разпределени частици, мехурчета, капки от други, различаващи се по агрегатно състояниеи състав от първи, ср. Такива системи, както и процесите, протичащи в тях, се изучават подробно в курса на колоидната химия.
• Конвективен - пренасянето на микрочастици от едно вещество от макрочастици на средата. Специален дял от физиката, наречен хидродинамика, се занимава с изучаването на движението на непрекъснати среди. От там можете да получите информация за състоянията на потока.
• Турбулентната дифузия е процесът на прехвърляне на едно вещество в друго, поради турбулентното движение на второто вещество (типично за газове и течности).

Потвърждава се твърдението, че дифузията може да протича както в газове и течности, така и в твърди вещества.

Какъв е законът на Фик?

Немският учен, физикът Фик, извежда закон, показващ зависимостта на плътността на потока на частиците през една област от промяната в концентрацията на вещество на единица дължина. Този закон е законът на дифузията. Законът може да бъде формулиран по следния начин: потокът от частици, който е насочен по оста, е пропорционален на производната на броя на частиците по отношение на променливата, нанесена по оста, спрямо която се определя посоката на потока от частици. С други думи, потокът от частици, движещи се в посоката на оста, е пропорционален на производната на броя на частиците по отношение на променливата, която е нанесена по същата ос като потока. Законът на Фик ви позволява да опишете процеса на пренос на материя във времето и пространството.

Уравнение на дифузия

Когато в дадено вещество има потоци, самото вещество се преразпределя в пространството. В тази връзка има няколко уравнения, които описват този процес на преразпределение от макроскопична гледна точка. Уравнението на дифузията е диференциално. Това следва от общото уравнение за пренос на материя, което се нарича още уравнение на непрекъснатостта. При наличие на дифузия се използва законът на Фик, който е описан по-горе. Уравнението има следния вид:

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

Дифузионни методи

Методът на дифузия, или по-скоро методът на неговото прилагане в твърди материали, се използва широко в напоследък. Това се дължи на предимствата на метода, едно от които е простотата на използваното оборудване и самия процес. Същността на метода на дифузия от твърди източници е отлагането на филми, легирани с един или повече елементи върху полупроводници. Има няколко други метода за прилагане на дифузия, в допълнение към метода на твърдия източник:

• в затворен обем (ампулен метод). Минималната токсичност е предимство на метода, но високата му цена, поради еднократната употреба на ампулата, е съществен недостатък;
• в отворен обем (термична дифузия). Изключена е възможността за използване на много елементи поради високи температури, както и страничната дифузия са големи недостатъци на този метод;
• в частично затворен обем (кутиен метод). Това е междинен метод между двата описани по-горе.

За да научите повече за методите и особеностите на дифузията, е необходимо да проучите допълнителна литература, посветена специално на тези въпроси.