Difuzia: definiție și exemple în lumea exterioară. Rezumat: Subiect: „Difuzia în natura animată și neînsuflețită Difuziunea în lumea vegetală

MOU Zaozernaya școală secundară cu studiu aprofundat al subiectelor individuale nr. 16

Subiect: „Difuzia în natura animată și neînsuflețită”.

Efectuat:

Elevul din clasa a VIII-a Zyabrev Kirill.

Profesor de fizică: Zavyalova G.M.

Profesor de biologie: Zyabreva V.F.

Tomsk - 2008

I. Introducere. …………………………………………………………………… 3

II. Difuzia în natura animată și neînsuflețită.

1. Istoria descoperirii fenomenului. …………………………………. 4

2. Difuzia, tipurile ei. ………………………………………….. 6

3. De ce depinde viteza de difuzie? ……………………….. 7

4. Difuzia în natura neînsuflețită. ……………………………... 8

5. Difuzia în fauna sălbatică. ………………………………………… 9

6. Utilizarea fenomenelor de difuzie. …………………………. 16

7. Proiectarea fenomenelor de difuzie individuale. …………… 17

III. Concluzie. …………………………………………………... 20

IV. Cărți uzate. …………………………………. . 21

I. Introducere.

Câte lucruri uimitoare și interesante se întâmplă în jurul nostru. Stele îndepărtate strălucesc pe cerul nopții, o lumânare arde pe fereastră, vântul poartă aroma de cireș înflorit, o bunica îmbătrânită te vede cu ochii... Vreau să învăț multe, încerc să explic pe cont propriu. La urma urmei, multe fenomene naturale sunt asociate cu procesele de difuzie, despre care am vorbit recent la școală. Dar au spus atât de puțin!

Obiectivele de lucru :

1. Extindeți și aprofundați cunoștințele despre difuzare.

2. Simularea proceselor individuale de difuzie.

3. Creați material suplimentar bazat pe computer pentru a fi utilizat în lecțiile de fizică și biologie.

Sarcini:

1. Găsiți materialul necesar în literatură, internet, studiați-l și analizați-l.

2. Aflați unde apar fenomene de difuzie în natura animată și neînsuflețită (fizică și biologie), ce semnificație au, unde sunt folosite de oameni.

3. Descrieți și proiectați cele mai interesante experimente asupra acestui fenomen.

4. Creați modele de animație ale unor procese de difuzie.

Metode: analiza și sinteza literaturii, design, modelare.

Lucrarea mea constă din trei părți; partea principală este formată din 7 capitole. Am studiat și prelucrat materiale din 13 surse literare, inclusiv literatură educațională, de referință, literatură științifică și site-uri de internet și am pregătit și o prezentare realizată în editorul Power Point.

II. Difuzia în natura animată și neînsuflețită.

II .1. Istoria descoperirii fenomenului de difuzie.

Când a observat o suspensie de polen de flori în apă la microscop, Robert Brown a observat o mișcare haotică a particulelor care apare „nu din mișcarea unui lichid și nu din evaporarea acestuia”. Particulele suspendate de 1 µm sau mai puțin, vizibile numai la microscop, au efectuat mișcări independente dezordonate, descriind traiectorii complexe în zig-zag. Mișcarea browniană nu slăbește cu timpul și nu depinde de proprietăți chimice mediu inconjurator; intensitatea acestuia crește odată cu creșterea temperaturii mediului și cu scăderea vâscozității și a mărimii particulelor. Chiar și o explicație calitativă a cauzelor mișcării browniene a fost posibilă doar 50 de ani mai târziu, când cauza mișcării browniene a început să fie asociată cu impactul moleculelor lichide pe suprafața unei particule suspendate în ea.

Prima teorie cantitativă a mișcării browniene a fost dată de A. Einstein și M. Smoluchowski în 1905-06. bazat pe teoria cinetică moleculară. S-a demonstrat că mersurile aleatorii ale particulelor browniene sunt asociate cu participarea lor la mișcarea termică împreună cu moleculele mediului în care sunt suspendate. Particulele au în medie aceeași energie cinetică, dar datorită masei mai mari au o viteză mai mică. Teoria mișcării browniene explică mișcarea aleatoare a unei particule prin acțiunea forțelor aleatorii din molecule și a forțelor de frecare. Conform acestei teorii, moleculele unui lichid sau gaz sunt în mișcare termică constantă, iar impulsurile diferitelor molecule nu sunt aceleași ca mărime și direcție. Dacă suprafața unei particule plasate într-un astfel de mediu este mică, așa cum este cazul unei particule browniene, atunci impacturile experimentate de particule din moleculele din jur nu vor fi compensate exact. Prin urmare, ca urmare a „bombardamentului” de către molecule, o particulă browniană începe să se miște aleatoriu, schimbând magnitudinea și direcția vitezei sale de aproximativ 1014 ori pe secundă. Din această teorie a rezultat că, măsurând deplasarea unei particule într-un anumit timp și cunoscând raza acesteia și vâscozitatea lichidului, se poate calcula numărul Avogadro.

Concluziile teoriei mișcării browniene au fost confirmate de măsurătorile lui J. Perrin și T. Svedberg în 1906. Pe baza acestor relații au fost determinate experimental constanta Boltzmann și constanta Avogadro. (constanta lui Avogadro notat cu NA, numărul de molecule sau atomi dintr-un mol dintr-o substanță, NA = 6,022,1023 mol-1; nume în cinstea lui A. Avogadro.

constanta Boltzmann, constantă fizică k egal cu raportul constantei universale de gaz R la numărul lui Avogadro N A: k = R / N A = 1,3807,10-23 J/K. Numit după L. Boltzmann.)

Când se observă mișcarea browniană, poziția unei particule este fixată la intervale regulate. Cu cât intervalele de timp sunt mai scurte, cu atât mai întreruptă va arăta traiectoria particulei.

Modelele mișcării browniene servesc ca o confirmare clară a prevederilor fundamentale ale teoriei cinetice moleculare. S-a stabilit în cele din urmă că forma termică a mișcării materiei se datorează mișcării haotice a atomilor sau moleculelor care alcătuiesc corpurile macroscopice.

Teoria mișcării browniene a jucat un rol important în fundamentarea mecanicii statistice; ea stă la baza teoriei cinetice a coagulării (amestecării) soluțiilor apoase. În plus, are și ea valoare practicăîn metrologie, deoarece mișcarea browniană este considerată principalul factor care limitează acuratețea instrumentelor de măsură. De exemplu, limita de precizie a citirilor unui galvanometru oglindă este determinată de tremurul oglinzii, ca o particulă brownian bombardată de molecule de aer. Legile mișcării browniene determină mișcarea aleatorie a electronilor, provocând zgomot în interior circuite electrice. Pierderile dielectrice în dielectrici sunt explicate prin mișcări aleatorii ale moleculelor dipolului care alcătuiesc dielectricul. mișcări aleatorii ionii din soluțiile de electroliți își măresc rezistența electrică.

Traiectorii particulelor browniene (schema experimentului lui Perrin); punctele marchează pozițiile particulelor la intervale regulate.

Prin urmare, DIFUZIA, SAU MIȘCARE BROWNIAN - Acest mișcarea aleatorie a celor mai mici particule suspendate într-un lichid sau gaz, care se produce sub influența impactului moleculelor mediului; deschis

R. Brown în 1827

II. 2. Difuzia, tipurile ei.

Distinge între difuzie și autodifuziune.

prin difuzie numită pătrunderea spontană a moleculelor unei substanțe în golurile dintre moleculele altei substanțe. În acest caz, particulele sunt amestecate. Difuzia se observă pentru gaze, lichide și solide. De exemplu, o picătură de cerneală este amestecată într-un pahar cu apă. Sau mirosul de colonie se raspandeste in toata camera.

Difuzia, ca și autodifuzia, există atâta timp cât există un gradient de densitate a substanței. Dacă densitatea uneia și aceleiași substanțe nu este aceeași în diferite părți ale volumului, atunci se observă fenomenul de autodifuzie. Prin autodifuzare numit procesul de egalizare a densităţii(sau concentrație proporțională cu aceasta) aceeași substanță. Difuzia și autodifuzia apar datorită mișcării termice a moleculelor, care, în stări de neechilibru, creează fluxuri de materie.

Densitatea fluxului de masă este masa materiei ( dm) difuzand pe unitatea de timp printr-o unitate de suprafata ( dS pl) perpendicular pe ax X :

(1.1)

Fenomenul de difuzie se supune legii lui Fick

(1.2)

unde este modulul gradientului de densitate, care determină viteza de schimbare a densității în direcția axei X ;

D- coeficientul de difuzie, care se calculează din teoria cinetică moleculară prin formula

(1.3)

unde este viteza medie a mișcării termice a moleculelor;

Lungime medie cale liberă a moleculelor.

Semnul minus indică faptul că transferul de masă are loc în direcția de scădere a densității.

Ecuația (1.2) se numește ecuație de difuzie sau legea lui Fick.

II. 3. Viteza de difuzie.

Când o particulă se mișcă într-o substanță, se ciocnește constant cu moleculele sale. Acesta este unul dintre motivele pentru care, în condiții normale, difuzia este mai lentă decât mișcarea normală. De ce depinde viteza de difuzie?

În primul rând, pe distanța medie dintre ciocnirile de particule, i.e. lungimea drumului liber. Cu cât această lungime este mai mare, cu atât particula pătrunde mai repede în substanță.

În al doilea rând, presiunea afectează viteza. Cu cât împachetarea particulelor într-o substanță este mai densă, cu atât este mai dificil pentru o particulă străină să pătrundă într-o astfel de împachetare.

În al treilea rând, rata de difuzie joacă un rol important masa moleculara substante. Cu cât ținta este mai mare, cu atât este mai probabil să se lovească, iar după o coliziune, viteza întotdeauna încetinește.

Și în al patrulea rând, temperatura. Pe măsură ce temperatura crește, oscilațiile particulelor cresc, iar viteza moleculelor crește. Cu toate acestea, viteza de difuzie este de o mie de ori mai mică decât viteza de mișcare liberă.

Toate tipurile de difuzie se supun acelorași legi, sunt descrise de coeficientul de difuzie D, care este o valoare scalară și este determinată din prima lege a lui Fick.

Pentru difuzie unidimensională ,

unde J este densitatea de flux a atomilor sau a defectelor substanței,
D - coeficientul de difuzie,
N este concentrația de atomi sau defecte ale substanței.

Difuzia este un proces la nivel molecular și este determinat de natura aleatorie a mișcării moleculelor individuale. Viteza de difuzie este deci proporțională cu viteza medie a moleculelor. În cazul gazelor, viteza medie a moleculelor mici este mai mare, și anume, este invers proporțională cu rădăcină pătrată din masa moleculei și crește odată cu creșterea temperaturii. Procesele de difuzie în solide la temperaturi ridicate găsesc adesea aplicații practice. De exemplu, anumite tipuri de tuburi catodice (CRT) folosesc toriu metalic difuzat prin wolfram metalic la 2000 ºC.

Dacă într-un amestec de gaze o moleculă este de patru ori mai grea decât cealaltă, atunci o astfel de moleculă se mișcă de două ori mai încet în comparație cu mișcarea sa într-un gaz pur. În consecință, rata sa de difuzie este, de asemenea, mai mică. Această diferență în ratele de difuzie între moleculele ușoare și cele grele este utilizată pentru a separa substanțe cu greutăți moleculare diferite. Un exemplu este separarea izotopilor. Dacă un gaz care conține doi izotopi este trecut printr-o membrană poroasă, izotopii mai ușori pătrund în membrană mai repede decât cei mai grei. Pentru o mai bună separare, procesul se desfășoară în mai multe etape. Acest proces a fost utilizat pe scară largă pentru a separa izotopii de uraniu (separarea 235U fisil sub iradiere cu neutroni de cea mai mare parte a 238U). Deoarece această metodă de separare este consumatoare de energie, au fost dezvoltate alte metode de separare mai economice. De exemplu, utilizarea difuziei termice într-un mediu gazos este larg dezvoltată. Un gaz care conține un amestec de izotopi este plasat într-o cameră în care se menține o diferență de temperatură spațială (gradient). În acest caz, izotopii grei sunt concentrați în timp în regiunea rece.

Concluzie. Modificările difuze sunt afectate de:

· greutatea moleculară a substanței (cu cât greutatea moleculară este mai mare, cu atât viteza este mai mică);

· distanța medie dintre ciocnirile particulelor (cu cât lungimea traseului este mai mare, cu atât viteza este mai mare);

· presiune (cu cât împachetarea particulelor este mai mare, cu atât este mai dificil să se străpungă),

· temperatura (pe măsură ce temperatura crește, viteza crește).

II.4. Difuzia în natura neînsuflețită.

Știați că întreaga noastră viață este construită pe un paradox ciudat al naturii? Toată lumea știe că aerul pe care îl respirăm este format din gaze de diferite densități: azot N 2 , oxigen O 2 , dioxid de carbon CO 2 și o cantitate mică de alte impurități. Și aceste gaze ar trebui aranjate în straturi, în funcție de gravitație: cel mai greu, CO 2, se află chiar la suprafața pământului, deasupra lui - O 2, chiar mai sus - N 2. Dar asta nu se întâmplă. Suntem înconjurați de un amestec omogen de gaze. De ce nu se stinge flacăra? La urma urmei, oxigenul din jurul lui se arde rapid? Aici, ca și în primul caz, funcționează mecanismul de aliniere. Difuzia previne dezechilibrul în natură!

De ce este marea sărată? Știm că râurile își fac drum prin grosimea rocilor, a mineralelor și a sărurilor de spălat în mare. Cum se amestecă sarea cu apa? Acest lucru poate fi explicat printr-o experiență simplă:

DESCRIEREA EXPERIENȚEI: Se toarnă o soluție apoasă de sulfat de cupru într-un vas de sticlă. Turnați cu grijă apă curată peste soluție. Observăm granița dintre lichide.

Întrebare: Ce se va întâmpla cu aceste fluide în timp și ce vom observa?

În timp, granița dintre lichidele care vin în contact va începe să se estompeze. Un vas cu lichide poate fi așezat într-un dulap și în fiecare zi poți observa cum se produce amestecarea spontană a lichidelor. În final, în vas se formează un lichid omogen de culoare albastru pal, aproape incolor la lumină.

Particulele de sulfat de cupru sunt mai grele decât apa, dar datorită difuziei se ridică încet. Motivul este structura lichidului. Particulele lichide sunt împachetate în grupuri compacte - pseudonuclei. Sunt separate unul de celălalt prin goluri - găuri. Nucleele nu sunt stabile, particulele lor nu sunt în echilibru pentru mult timp. De îndată ce particula oferă energie, particula se desprinde de nucleu și cade în goluri. De acolo, sare cu ușurință la alt nucleu și așa mai departe.

Moleculele unei substanțe străine își încep călătoria prin lichidul din găuri. Pe drum, se ciocnesc de nuclee, scot particule din ele și le iau locul. Trecând dintr-un loc liber în altul, se amestecă încet cu particule lichide. Știm deja că rata de difuzie este scăzută. Prin urmare, în condiții normale, acest experiment a durat 18 zile, cu încălzire - 2-3 minute.

Concluzie: În flăcările Soarelui, viața și moartea stelelor luminoase îndepărtate, în aerul pe care îl respirăm, în schimbările de vreme, în aproape toate fenomenele fizice, vedem manifestarea difuziei atotputernice!

II.5. Difuzia în fauna sălbatică.

Procesele de difuzie au fost bine studiate în prezent, legile lor fizice și chimice au fost stabilite și sunt destul de aplicabile mișcării moleculelor într-un organism viu. Difuzia în organismele vii este indisolubil legată de membrana plasmatică a celulei. Prin urmare, este necesar să aflăm cum este aranjat și cum sunt legate caracteristicile structurii sale de transportul de substanțe în celulă.

Membrana plasmatică (plasmalema, membrană celulară), o suprafață, structură periferică care înconjoară protoplasma celulelor vegetale și animale, servește nu numai ca o barieră mecanică, dar, cel mai important, limitează fluxul liber în două sensuri în și în afara celulei. a substanţelor cu molecularitate scăzută şi înaltă. Mai mult, plasmalema acționează ca o structură care „recunoaște” diverse substanțe chimiceşi reglarea transportului selectiv al acestor substanţe în celulă

Suprafața exterioară a membranei plasmatice este acoperită cu un strat fibros liber de substanță de 3-4 nm grosime - glicocalix. Se compune din lanțuri ramificate de carbohidrați complecși ai proteinelor integrale membranare, între care se pot localiza compuși de proteine ​​cu zaharuri și proteine ​​cu grăsimi izolate de celulă. Unele enzime celulare implicate în descompunerea extracelulară a substanțelor (digestia extracelulară, de exemplu, în epiteliul intestinal) se găsesc imediat.

Deoarece interiorul stratului lipidic este hidrofob, acesta oferă o barieră practic impenetrabilă pentru majoritatea moleculelor polare. Datorită prezenței acestei bariere, scurgerea conținutului celulelor este împiedicată, totuși, din această cauză, celula a fost nevoită să creeze mecanisme speciale pentru transportul substanțelor solubile în apă prin membrană.

Membrana plasmatică, ca și alte membrane celulare lipoproteice, este semipermeabilă. Apa și gazele dizolvate în ea au puterea maximă de penetrare. Transportul ionilor poate avea loc de-a lungul unui gradient de concentrație, adică pasiv, fără consum de energie. În acest caz, unele proteine ​​de transport membranar formează complexe moleculare, canale prin care ionii trec prin membrană prin difuzie simplă. În alte cazuri, proteinele purtătoare membranare speciale se leagă selectiv de unul sau altul ion și îl transportă prin membrană. Acest tip de transfer se numește transport activ și se realizează folosind pompe de ioni proteici. De exemplu, cheltuind 1 moleculă de ATP, sistemul de pompă K-Na pompează 3 ioni Na din celulă într-un ciclu și pompează 2 ioni K împotriva gradientului de concentrație. În combinație cu transportul activ al ionilor, prin plasmalemă pătrund diferite zaharuri, nucleotide și aminoacizi. Macromoleculele, cum ar fi proteinele, nu trec prin membrană. Ele, precum și particulele mai mari ale substanței, sunt transportate în celulă prin endocitoză. În timpul endocitozei, o anumită secțiune a plasmalemei captează, învelește materialul extracelular și îl înglobează într-o vacuola membranară. Acest vacuol - endozomul - se contopește în citoplasmă cu lizozomul primar și are loc digestia materialului captat. Endocitoza este împărțită oficial în fagocitoză (absorbția particulelor mari de către celulă) și pinocitoză (absorbția soluțiilor). Membrana plasmatică participă, de asemenea, la îndepărtarea substanțelor din celulă prin exocitoză, un proces care este inversul endocitozei.

Difuzia ionilor în soluții apoase este deosebit de importantă pentru organismele vii. La fel de important este rolul difuziei în respirație, fotosinteză și transpirație a plantelor; în transferul oxigenului din aer prin pereții alveolelor plămânilor și intrarea acestuia în sângele oamenilor și animalelor. Difuzia ionilor moleculari prin membrane se realizează folosind un potențial electric în interiorul celulei. Dispunând de permeabilitate selectivă, membranele joacă rolul de vamă la deplasarea mărfurilor peste graniță: unele substanțe trec, altele întârzie, iar altele sunt în general „expulzate” din celulă. Rolul membranelor în viața celulelor este foarte mare. Celula muribundă pierde controlul asupra capacității de a regla concentrația de substanțe de-a lungul membranei. Primul semn al morții celulare este începutul schimbărilor în permeabilitatea și eșecul membranei sale exterioare.

Pe lângă transportul convențional - procesul cinetic de transfer al particulelor de materie sub acțiunea gradienților de electricitate sau potential chimic, temperatura sau presiune - transportul activ are loc si in procesele celulare - miscarea moleculelor si ionilor fata de gradientul de concentratie al substantelor. Acest mecanism de difuzie se numește osmoză. (Pentru prima dată, osmoza a fost observată de A. Nolle în 1748, dar studiul acestui fenomen a început un secol mai târziu.) Acest proces se realizează datorită presiunii osmotice diferite într-o soluție apoasă pe diferite părți. membrana biologica Apa trece adesea liber prin osmoză prin membrană, dar această membrană poate fi impermeabilă la substanțele dizolvate în apă. Este curios că apa curge împotriva difuziei acestei substanțe, dar ascultând drept comun gradient de concentrație (în acest caz, apă).

Prin urmare, apa tinde să treacă de la o soluție mai diluată, unde concentrația sa este mai mare, la o soluție mai concentrată a unei substanțe, în care concentrația apei este mai mică. Nefiind capabilă să aspire și să pompa în mod direct apa, celula face acest lucru cu ajutorul osmozei, modificând concentrația de substanțe dizolvate din ea. Osmoza egalizează concentrația soluției pe ambele părți ale membranei. De presiunea osmotică a soluțiilor de substanțe de pe ambele părți ale membranei celulare și elasticitatea membranei celulare depinde stare de stres membrana celulară, care se numește presiune de turgor (turgor - din latinescul. turgere - a fi umflat, umplut). De regulă, elasticitatea membranelor celulare animale (excluzând unele intestinale) este scăzută, le lipsește presiunea mare de turgescență și rămân intacte doar în soluții izotonice sau cele care diferă puțin de cele izotonice (diferența dintre presiunea internă și presiunea externă este mai mică de 0,5). -1.0 am). În celulele vegetale vii, presiunea internă este întotdeauna mai mare decât presiunea externă, cu toate acestea, ruptura membranei celulare nu are loc din cauza prezenței unui perete celular de celuloză. Diferența dintre presiunile interne și externe la plante (de exemplu, la plantele halofite - iubitoare de sare, ciuperci) ajunge la 50-100 dimineața. Dar chiar și așa, marja de siguranță celula plantei este de 60-70%. La majoritatea plantelor, alungirea relativă a membranei celulare datorită turgenței nu depășește 5-10%, iar presiunea turgenței se află în intervalul 5-10 dimineața. Datorită turgenței, țesuturile plantelor au elasticitate și rezistență structurală. (Experimentele nr. 3, nr. 4 confirmă acest lucru). Toate procesele de autoliză (autodistrugere), ofilire și îmbătrânire sunt însoțite de o scădere a presiunii turgenței.

Având în vedere difuzia în natura vie, nu se poate să nu menționăm absorbția. Absorbția este procesul de aport a diferitelor substanțe din mediu prin membranele celulareîn celule și prin ele - în mediul intern al corpului. La plante, acesta este procesul de absorbție a apei cu substanțe dizolvate în ea de rădăcini și frunze prin osmoză și difuzie; la nevertebrate - din mediu sau fluidul din cavitate. În organismele primitive, absorbția se realizează cu ajutorul pino- și fagocitozei. La vertebrate, absorbția poate avea loc atât din organele abdominale - plămâni, uter, vezică urinară, cât și de la suprafața pielii, de la suprafața plăgii etc. Gazele și vaporii volatili sunt absorbiți de piele.

Cea mai mare semnificație fiziologică este absorbția în tractul gastrointestinal, care are loc în principal în intestinul subțire. Pentru transportul eficient al substanțelor, o suprafață mare a intestinului și un flux sanguin constant ridicat în membrana mucoasă sunt de o importanță deosebită, datorită cărora se menține un gradient de concentrație ridicat al compușilor absorbiți. La om, fluxul de sânge mezenteric în timpul meselor este de aproximativ 400 ml/min, iar la înălțimea digestiei - până la 750 ml/min, ponderea principală (până la 80%) fiind fluxul de sânge în membrana mucoasă a organele digestive. Datorită prezenței structurilor care măresc suprafața membranei mucoase - pliuri circulare, vilozități, microvilozități, suprafața totală a suprafeței de aspirație a intestinului uman ajunge la 200 m 2.

Soluțiile de apă și sare pot difuza pe ambele părți ale peretelui intestinal, atât în ​​intestinul subțire, cât și în intestinul gros. Absorbția lor are loc în principal în secțiunile superioare ale intestinului subțire. De mare importanță în intestinul subțire este transportul ionilor de Na +, datorită căruia se creează în principal gradienți electrici și osmotici. Absorbția ionilor de Na + are loc atât datorită mecanismelor active cât și pasive.

Dacă celula nu ar avea sisteme de reglare a presiunii osmotice, atunci concentrația de substanțe dizolvate în interiorul ei ar fi mai mare decât concentrațiile lor externe. Atunci concentrația de apă în celulă ar fi mai mică decât concentrația sa în exterior. Ca urmare, ar exista un aflux constant de apă în celulă și ruperea acesteia. Din fericire, celulele animale și bacteriile controlează presiunea osmotică din celulele lor prin pomparea activă a ionilor anorganici, cum ar fi Na. Prin urmare, concentrația lor totală în interiorul celulei este mai mică decât în ​​exterior. De exemplu, amfibienii își petrec o parte semnificativă a timpului în apă, iar conținutul de sare din sângele și limfa lor este mai mare decât în ​​apa dulce. Amfibienii absorb continuu apa prin piele. Prin urmare, produc multă urină. O broască, de exemplu, dacă cloaca ei este bandajată, se umflă ca o minge. În schimb, dacă un amfibian intră în apă sărată de mare, acesta devine deshidratat și moare foarte repede. Prin urmare, mările și oceanele pentru amfibieni reprezintă o barieră de netrecut. Celulele vegetale au pereți rigidi care le împiedică să se umfle. Multe protozoare evită izbucnirea din apa care intră, folosind mecanisme speciale care ejectează în mod regulat apa care intră.

Astfel, celula este un sistem termodinamic deschis, care face schimb de materie și energie cu mediul, dar păstrând o anumită constanță a mediului intern. Aceste două proprietăți ale unui sistem de autoreglare - deschiderea și constanța - sunt efectuate simultan, iar metabolismul (metabolismul) este responsabil pentru constanța celulei. Metabolismul este regulatorul care contribuie la conservarea sistemului, oferă un răspuns adecvat la influențele mediului. De aceea conditie necesara metabolismul este iritabilitatea unui sistem viu la toate nivelurile, care în același timp acționează ca un factor în consistența și integritatea sistemului.

Membranele își pot modifica permeabilitatea sub influența substanțelor chimice și factori fizici, inclusiv ca urmare a depolarizării membranei în timpul trecerii unui impuls electric printr-un sistem de neuroni și impactul asupra acestuia.

Un neuron este un segment al unei fibre nervoase. Dacă un iritant acționează la un capăt al acestuia, atunci apare un impuls electric. Valoarea sa este de aproximativ 0,01 V pentru celulele musculare umane și se propagă cu o viteză de aproximativ 4 m/s. Când impulsul ajunge la sinapsă - o conexiune a neuronilor, care poate fi considerată ca un fel de releu care transmite un semnal de la un neuron la altul, atunci impulsul electric este transformat într-un impuls chimic prin eliberarea de neurotransmițători - substanțe intermediare specifice. . Când moleculele unui astfel de mediator intră în golul dintre neuroni, neurotransmițătorul ajunge la capătul decalajului prin difuzie și excită următorul neuron.

Cu toate acestea, un neuron reacționează numai dacă există molecule speciale pe suprafața lui - receptori care pot lega doar acest mediator și nu pot reacționa la altul. Acest lucru se întâmplă nu numai pe membrană, ci și în orice organ, cum ar fi un mușchi, provocând contracția acestuia. Semnalele de impuls prin sinapse pot inhiba sau spori transmiterea altora și, prin urmare, neuronii îndeplinesc funcții logice („și”, „sau”), care, într-o anumită măsură, l-au servit lui N. Wiener drept motiv pentru a crede că procesele computaționale din creierul unui organism viu și într-un computer urmează în esență același model. Apoi abordare informațională vă permite să descrieți natura neînsuflețită și vie într-un mod unitar.

Însuși procesul de acțiune a semnalului asupra membranei constă în modificarea rezistenței sale electrice ridicate, deoarece diferența de potențial între ele este și de ordinul a 0,01 V. O scădere a rezistenței duce la creșterea impulsului de curent electric și a excitația se transmite mai departe sub formă impuls nervos, modificând în același timp posibilitatea trecerii prin membrana a anumitor ioni. Astfel, informațiile din organism pot fi transmise în combinație, prin mecanisme chimice și fizice, iar acest lucru asigură fiabilitatea și varietatea canalelor de transmitere și prelucrare a acesteia într-un sistem viu.

Cu procesele de respirație celulară, când celulele se formează în mitocondrii molecule de ATP, furnizându-i energia necesară, procesele de respirație obișnuită a unui organism viu, care necesită oxigen O2, obținut în urma fotosintezei, sunt strâns legate. Mecanismele acestor procese se bazează și pe legile difuziei. În esență, acestea sunt componentele materiale și energetice care sunt necesare unui organism viu. Fotosinteza este procesul de stocare a energiei solare prin formarea de noi legături în moleculele substanțelor sintetizate. Materiile prime pentru fotosinteză sunt apa H 2 O și dioxidul de carbon CO 2 . Acești compuși anorganici simpli formează nutrienți mai complexi, bogati în energie. Ca produs secundar, dar foarte important pentru noi, se formează oxigenul molecular O 2. Un exemplu este o reacție care are loc datorită absorbției cuantelor de lumină și prezenței pigmentului de clorofilă conținut în cloroplaste.

Rezultatul este o moleculă de zahăr C 6 H 12 O 6 și șase molecule de oxigen O 2. Procesul se desfășoară în etape, mai întâi, în stadiul de fotoliză, hidrogenul și oxigenul se formează prin scindarea apei, iar apoi hidrogenul, combinat cu dioxidul de carbon, formează un carbohidrat - zahăr C 6 H 12 O 6. În esență, fotosinteza este conversia energiei radiante a Soarelui în energia legăturilor chimice ale substanțelor organice emergente. Astfel, fotosinteza, care produce oxigen O 2 în lumină, este cea proces biologic care furnizează organismelor vii energie gratis. Procesul de respirație normală ca proces metabolic în organism asociat cu consumul de oxigen este inversul procesului de fotosinteză. Ambele procese pot merge de-a lungul următorului lanț:

energie solara(fotosinteză)

nutrienți + (respirație)

Energia legăturilor chimice.

produse finite respirația servește ca materiale de plecare pentru fotosinteză. Astfel, procesele de fotosinteză și respirație sunt implicate în ciclul substanțelor de pe Pământ. O parte din radiația solară este absorbită de plante și de unele organisme, care, după cum știm deja, sunt autotrofe, adică. auto-hrănire (hrană pentru ei - lumina soarelui). În timpul fotosintezei, autotrofii se leagă dioxid de carbon atmosferă și apă, formând până la 150 de miliarde de tone de substanțe organice, asimilând până la 300 de miliarde de tone de CO 2 și emit aproximativ 200 de miliarde de tone de oxigen liber O 2 anual.

Primit materie organică sunt folosite ca hrană de oameni și ierbivore, care, la rândul lor, se hrănesc cu alți heterotrofe. Resturile de plante și animale sunt apoi descompuse în simple substanțe anorganice, care din nou poate participa sub formă de CO 2 și H 2 O la fotosinteză. O parte din energia rezultată, inclusiv cea stocată sub formă de combustibili fosili, este folosită pentru consum de organismele vii, o parte este disipată inutil în mediu inconjurator. Prin urmare, procesul de fotosinteză, datorită posibilității de a le asigura energia și oxigenul necesar, este într-un anumit stadiu al dezvoltării biosferei Pământului un catalizator al evoluției viețuitoarelor.

Procesele de difuzie stau la baza metabolismului în celulă, ceea ce înseamnă că cu ajutorul lor aceste procese se desfășoară la nivelul organelor. Așa se desfășoară procesele de absorbție în firele de păr ale plantelor, intestinele animalelor și ale oamenilor; schimbul de gaze în stomatele plantelor, plămânii și țesuturile oamenilor și animalelor, procesele excretorii.

Biologii sunt implicați în structura și studiul celulelor de mai bine de 150 de ani, începând cu Schleiden, Schwann, Purime și Virchow, care în 1855 au stabilit mecanismul creșterii celulelor prin divizarea acestora. S-a constatat că fiecare organism se dezvoltă dintr-o celulă, care începe să se dividă și, ca urmare, se formează multe celule care sunt vizibil diferite unele de altele. Dar, din moment ce dezvoltarea organismului a început inițial de la diviziunea primei celule, într-una dintre etapele ciclului nostru de viață păstrăm o asemănare cu un strămoș unicelular foarte îndepărtat și se poate spune în glumă că suntem mai probabil descendenți dintr-un ameba decât de la o maimuță.

Organele sunt formate din celule, iar sistemul de celule capătă asemenea calități pe care elementele sale constitutive nu le au, adică. celule individuale. Aceste diferențe se datorează setului de proteine ​​sintetizate de această celulă. Există celule musculare, celule nervoase, celule sanguine (eritrocite), epiteliale și altele, în funcție de funcționalitatea acestora. Diferențierea celulară are loc treptat în timpul dezvoltării organismului. În procesul de diviziune celulară, viața și moartea lor, are loc o înlocuire continuă a celulelor pe tot parcursul vieții organismului.

Nicio moleculă din corpul nostru nu rămâne la fel mai mult de câteva săptămâni sau luni. În acest timp, moleculele sunt sintetizate, își îndeplinesc rolul în viața celulei, sunt distruse și înlocuite cu alte molecule, mai mult sau mai puțin identice. Cel mai uimitor lucru este că organismele vii în ansamblu sunt mult mai constante decât moleculele lor constitutive, iar structura celulelor și a întregului corp format din aceste celule rămâne neschimbată în acest ciclu neîncetat, în ciuda înlocuirii componentelor individuale.

Mai mult, aceasta nu este o înlocuire a unor părți individuale ale mașinii, ci, așa cum compară S. Rose la figurat, caroseria cu o clădire din cărămidă, „din care un zidar nebun scoate continuu o cărămidă după alta noapte și zi și introduce noi. cele în locul lor. În același timp, aspectul exterior al clădirii rămâne același, iar materialul este în mod constant înlocuit. Ne naștem cu unii neuroni și celule și murim cu alții. Un exemplu este conștiința, înțelegerea și percepția unui copil și a unei persoane în vârstă. Toate celulele sunt complete informatii genetice pentru a construi toate proteinele unui organism dat. Stocarea și transmiterea informațiilor ereditare se realizează cu ajutorul nucleului celular.

Concluzie: Este imposibil de exagerat rolul permeabilității membranei plasmatice în activitatea vitală a celulei. Majoritatea proceselor asociate cu furnizarea energiei celulei, primirea de produse și eliminarea produselor de degradare se bazează pe legile difuziei prin această barieră vie semi-permeabilă.

Osmoză- de fapt, o simpla difuzie a apei din locuri cu o concentratie mai mare de apa catre locuri cu o concentratie mai mica de apa.

Transport pasiv- este transferul de substante din locuri cu o valoare mare a potentialului electrochimic in locuri cu valoarea sa mai mica. Transferul moleculelor mici solubile în apă se realizează folosind proteine ​​de transport speciale. Acestea sunt proteine ​​transmembranare speciale, fiecare dintre acestea fiind responsabilă de transportul anumitor molecule sau grupuri de molecule înrudite.

Este adesea necesar să se asigure că moleculele sunt transportate prin membrană împotriva gradientului lor electrochimic. Un astfel de proces se numește transport activși este realizat de proteine ​​purtătoare, a căror activitate necesită cheltuieli de energie. Dacă o proteină purtătoare este legată de o sursă de energie, se poate obține un mecanism care asigură transportul activ al substanțelor prin membrană.

II.6. Aplicarea difuziei.

Omul a folosit fenomenele de difuzie din cele mai vechi timpuri. Gătitul și încălzirea locuinței sunt asociate cu acest proces. Întâmpinăm difuzie în timpul tratamentului termic al metalelor (sudare, lipire, tăiere, acoperire etc.); aplicarea unui strat subțire de metale pe suprafața produselor metalice pentru a crește rezistența chimică, rezistența, duritatea pieselor și dispozitivelor, sau în scopuri de protecție și decorative (zincare, cromare, nichelare).

Gazul natural combustibil pe care îl folosim acasă pentru gătit este incolor și inodor. Prin urmare, ar fi dificil să observați imediat o scurgere de gaz. Iar în caz de scurgere din cauza difuziei, gazul se răspândește în toată încăperea. Între timp, la un anumit raport de gaz și aer într-o cameră închisă, se formează un amestec care poate exploda, de exemplu, dintr-un chibrit aprins. Gazul poate provoca, de asemenea, otrăvire.

Pentru a face vizibil fluxul de gaz în cameră, la stațiile de distribuție, gazul combustibil este preamestecat cu substanțe speciale care au un miros neplăcut ascuțit, care este ușor simțit de o persoană chiar și la o concentrație foarte scăzută. Această precauție vă permite să observați rapid acumularea de gaz în cameră dacă apare o scurgere.

În industria modernă, se folosește formarea în vid, o metodă de fabricare a produselor din foi termoplastice. Produsul configurației necesare se obține datorită diferenței de presiune care apare datorită rarefării în cavitatea matriței, peste care se fixează foaia. Este folosit, de exemplu, în producția de containere, piese de frigidere, carcase pentru instrumente. Datorită difuziei în acest fel, este posibil să sudați ceva care nu poate fi sudat de la sine (metal cu sticlă, sticlă și ceramică, metale și ceramică și multe altele).

Datorită difuziei diverșilor izotopi de uraniu prin membranele poroase, s-a obținut combustibil pentru reactoare nucleare. Uneori, combustibilul nuclear se numește combustibil nuclear.

Absorbția (resorbția) substanțelor atunci când sunt introduse în țesutul subcutanat, în mușchi sau când sunt aplicate pe mucoasele ochiului, nasului, pielii canalului urechii se produce în principal din cauza difuziei. Aceasta este baza pentru utilizarea multor substanțe medicinale, iar absorbția în mușchi are loc mai rapid decât în ​​piele.

Înțelepciunea populară spune: „coasă până la rouă”. Spune-mi, ce legătură are difuzia și cositul de dimineață cu asta? Explicația este foarte simplă. În timpul rouei dimineții, ierburile au presiune crescută de turgor, stomatele deschise, tulpini elastice, ceea ce facilitează cosirea lor (iarba cosită cu stomatele închise se usucă mai rău).

În horticultură, la înmugurirea și altoirea plantelor pe secțiuni, datorită difuziei, se formează calus (din latinescul Callus - porumb) - țesut ranit sub formă de aflux la locurile afectate și favorizează vindecarea acestora, asigură fuziunea descendent cu portaltoiul.

Calusul este folosit pentru a obține o cultură de țesuturi izolate (explantare). Aceasta este o metodă de conservare și cultivare pe termen lung în medii nutritive speciale a celulelor, țesuturilor, organelor mici sau părților acestora izolate din corpul oamenilor, animalelor și plantelor. Se bazează pe metodele de creștere a unei culturi de microorganisme care asigură asepsie, nutriție, schimb de gaze și îndepărtarea produselor metabolice ale obiectelor cultivate. Unul dintre avantajele metodei de cultură de țesuturi este capacitatea de a observa activitatea vitală a celulelor folosind un microscop. Pentru aceasta, țesutul vegetal este crescut pe medii nutritive care conțin auxine și citokinine. Calusul constă de obicei din celule omogene slab diferențiate ale țesutului educațional, dar cu o schimbare a condițiilor de creștere, în primul rând conținutul de fitohormoni din mediul nutritiv, formarea floemului, xilemului și a altor țesuturi este posibilă în acesta, precum și dezvoltarea. a diferitelor organe și a întregii plante.

II.7. Proiectarea experimentelor individuale.

Folosind literatura stiintifica, am încercat să repet cele mai interesante experimente pentru mine. Am descris mecanismul de difuzie și rezultatele acestor experimente în prezentarea sub formă de modele de animație.

EXPERIENTA 1. Luați două eprubete: o jumătate umplută cu apă, cealaltă jumătate umplută cu nisip. Se toarnă apă într-o eprubetă cu nisip. Volumul amestecului de apă și nisip din eprubetă este mai mic decât suma volumelor de apă și nisip.

EXPERIENTA 2. Umpleți pe jumătate un tub lung de sticlă cu apă, apoi turnați alcool colorat deasupra. Marcați nivelul total de lichide din tub cu un inel de cauciuc. După amestecarea apei cu alcoolul, volumul amestecului scade.

(Experimentele 1 și 2. dovedesc că există goluri între particulele de materie; în timpul difuziei, acestea sunt umplute cu particule de materie - un extraterestru.)

EXPERIENTA 3. Aducem o vată umezită cu amoniac în contact cu o vată umezită cu un indicator de fenolftaleină. Observăm colorarea lânii în culoarea zmeură.

Acum un tampon de vată umezit cu amoniac este plasat pe fundul unui vas de sticlă și umezit cu fenolftaleină. Fixăm de capac și acoperim vasul de sticlă cu acest capac. După ceva timp, vata umezită cu fenolftaleină începe să se păteze.

Ca urmare a interacțiunii cu amoniacul, fenolftaleina devine purpurie, lucru pe care l-am observat când vata a intrat în contact. Dar de ce, atunci, în al doilea caz, o vată umezită cu fenolftaleină. Se pătează și, pentru că acum lâna nu a fost adusă în contact? Răspuns: mișcare haotică continuă a particulelor de materie.

EXPERIENTA 4. De-a lungul peretelui din interiorul unui vas cilindric înalt, coborâți o bandă îngustă de hârtie de filtru impregnată cu un amestec de pastă de amidon cu o soluție de indicator de fenolftaleină. Puneți cristale de iod pe fundul vasului. Închideți ermetic vasul cu un capac, de care se suspendă vată înmuiată în soluție de amoniac.

Datorită interacțiunii iodului cu amidonul, o culoare albastru-violet se ridică pe o fâșie de hârtie. În același timp, o culoare purpurie se răspândește în jos - dovadă a mișcării moleculelor de amoniac. După câteva minute, limitele zonelor colorate ale hârtiei se vor întâlni, iar apoi culorile albastru și purpuriu se vor amesteca, adică are loc difuzia.[ 10]

EXPERIENTA 5.(îl petrec împreună) Luați un ceas cu a doua mână, o bandă de măsurare, o sticlă de apă de toaletă și stați în diferite colțuri ale camerei. Se notează ora și se deschide flaconul. Altul notează momentul în care simte mirosul de apă de toaletă. Măsurând distanța dintre experimentatori, găsim viteza de difuzie. Pentru acuratețe, experimentul se repetă de 3-4 ori și se găsește valoarea medie a vitezei. Dacă distanța dintre experimentatori este de 5 metri, atunci mirosul se simte după 12 minute. Adică, viteza de difuzie în acest caz este de 2,4 m/min.

EXPERIENTA 6. DETERMINAREA VISCOZITĂȚII PLASMICE PRIN METODĂ PLASMOLISĂ (conform P.A. Genkel).

viteza de avans plasmoliza convexă în celulele vegetale, atunci când sunt tratate cu o soluție hipertanică, depinde de vâscozitatea citoplasmei; cu cât vâscozitatea citoplasmei este mai mică, cu atât plasmoliza concavă se transformă mai repede într-una convexă. Vâscozitatea citoplasmei depinde de gradul de dispersie a particulelor coloidale și de hidratarea acestora, de conținutul de apă din celulă, de vârsta celulelor și de alți factori.

Progres. Faceți o tăietură subțire a epidermei dintr-o frunză de aloe sau îndepărtați epiderma de pe solzi moi de ceapă. Secțiunile pregătite sunt colorate într-un pahar de ceas timp de 10 minute într-o soluție de roșu neutru la o concentrație de 1:5000. Apoi, secțiunile obiectului sunt așezate pe o lamă de sticlă într-o picătură de zaharoză la o concentrație scăzută și acoperite cu o lamă. La microscop, se notează starea de plasmoliză. În primul rând, plasmoliza concavă este observată în celule. În viitor, această formă fie se păstrează, fie, cu o viteză sau alta, trece într-o formă convexă. Este important de remarcat timpul de tranziție de la plasmoliza concavă la convexă. Intervalul de timp în care plasmoliza concavă se transformă în convexă este un indicator al gradului de vâscozitate al protoplasmei. Cu cât timpul de tranziție la plasmoliza convexă este mai lung, cu atât vascozitatea plasmei este mai mare. Plasmoliza în celulele de ceapă începe mai repede decât în ​​pielea de aloe. Aceasta înseamnă că citoplasma celulelor de aloe este mai vâscoasă.

EXPERIENTA 7. PLASMOLISĂ. DEPLASMOLISĂ. PENTRUREA SUBSTANȚELOR ÎN VACUOL [2]

Unele substanțe organice pătrund rapid în vacuolă. În celule, când sunt păstrate în soluții de astfel de substanțe, plasmoliza se pierde relativ rapid și are loc deplasmoliza.

Deplasmoliza este refacerea turgenței în celule(adică, inversul plasmolizei).

Progres. Secțiunile epidermei superioare ale solzilor de ceapă vopsite (partea concavă) sunt plasate într-o picătură de soluție 1 M de îngrășământ cu uree sau glicerină pentru plante direct pe o lamă de sticlă, acoperită cu o lamela. După 15-30 de minute, obiectele sunt examinate la microscop. Celulele plasmolizate sunt clar vizibile. Lăsați secțiunile într-o picătură de soluție pentru încă 30-40 de minute. Apoi, din nou, sunt examinate la microscop și se observă deplasmoliza - restabilirea turgenței.

Concluzie : Plantele nu pot controla cu precizie cantitatea de substanțe chimice care intră și ies din celule.

III. Concluzie.

Legile difuziei sunt supuse proceselor de mișcări fizice și chimice ale elementelor din interiorul pământului și din Univers, precum și proceselor de activitate vitală a celulelor și țesuturilor organismelor vii. Difuzia joacă un rol important în diverse domenii ale științei și tehnologiei, în procesele care au loc în natura animată și neînsuflețită. Difuzia influențează fluxul multora reacții chimice, precum și multe procese și fenomene fizico-chimice: membrană, evaporare, condensare, cristalizare, dizolvare, umflare, ardere, catalitice, cromatografice, luminiscente, electrice și optice în semiconductori, moderarea neutronilor în reactoare nucleare etc. Difuzia este de mare importanță în formarea unui dublu strat electric la limitele de fază, difuzioforeză și electroforeză, în procesele fotografice de achiziție rapidă a imaginii etc. Difuzia stă la baza multor operațiuni tehnice uzuale: sinterizarea pulberilor, tratarea chimico-termică a metale, metalizarea si sudarea materialelor, tăbăcirea pieilor și blănurilor, vopsirea fibrelor, mișcarea gazelor cu pompe de difuzie. Rolul difuziei a crescut semnificativ datorită necesității de a crea materiale cu proprietăți prestabilite pentru domeniile în dezvoltare ale tehnologiei (energie nucleară, cosmonautică, procese radiații și plasma-chimice etc.). Cunoașterea legilor care guvernează difuzia face posibilă prevenirea modificărilor nedorite ale produselor care apar sub influența sarcinilor și temperaturilor ridicate, iradierii și multe altele...

Cum ar fi lumea fără difuzie? Opriți mișcarea termică a particulelor - și totul în jur va deveni mort!

În lucrarea mea, am rezumat materialul adunat pe tema rezumatului și am pregătit o prezentare realizată în editorul Power Point pentru apărarea acestuia. Această prezentare, după părerea mea, va putea diversifica materialul lecției pe această temă. Unele dintre experimentele descrise în literatură au fost repetate și ușor modificate de mine. Cele mai interesante exemple de difuzie sunt prezentate pe diapozitivele de prezentare în modele de animație.

IV. Cărți folosite:

1. V. F. Antonov, A. M. Chernysh, V. I. Pasechnik și colab., Biofizică.

M., Arktos-Vika-press, 1996

2. Afanasiev Yu.I., Yurina N.A., Kotovsky E.F. etc.Histologie.

M. Medicină, 1999.

3. Alberts B., Bray D., Lewis J. et al. Biologie moleculara celule.

În 3 volume. Volumul 1. M., Mir, 1994.

4. Marea Enciclopedie a lui Chiril și Metodiu 2006

5. Varikash V.M. şi altele.Fizica în fauna sălbatică. Minsk, 1984.

6. Demyankov E.N. Sarcini în biologie. M. Vlados, 2004.

7. Nikolaev N.I. Difuzia în membrane. M. Chimie, 1980, p.76

8. Peryshkin A.V. Fizică. 7. M. Buttard, 2004.

9. Fizic Dicţionar enciclopedic, M., 1983, p. 174-175, 652, 754

10. Shablovsky V. Fizica distractivă. Sankt Petersburg, „trigon” 1997, p.416

11.xttp//bio. fizten/ru./

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” Categorii: Fenomene la nivel atomic | Fenomene termodinamice | Fenomene de transfer | Difuzie

Lecție pe biologie generală

Tema lecției: Difuzia este baza vieții

Tip sesiune de instruire: lecție integrată(conform clasificării lui T.I. Shamova)

Sarcinile lecției:

1. Aspect educațional - formarea cunoștințelor despre structura, proprietățile și funcțiile stratului interior al membranei celulare - membrana plasmatică (și, în exemplul ei, alte membrane celulare), dezvoltarea conceptului de corespondență dintre structura la funcţiile îndeplinite.

2. Aspect de dezvoltare - pentru a activa gândirea elevilor, capacitatea de a compara, analiza, capacitatea de a formula independent concluzii, de a promova dezvoltarea gândirii logice, activitate cognitivă elevi.

3. Aspectul educațional - creșterea motivației pentru studiul biologiei, creșterea interesului pentru subiectele ciclului științelor naturii, folosind o varietate de metode de activitate, pentru a arăta că cunoașterea proprietăților unui organism viu este posibilă numai prin integrarea cunoștințelor. obţinute de diverse ştiinţe.

În timpul orelor

1. Moment organizatoric

Pregătirea elevilor pentru munca la clasă: salut, atitudine psihologică pozitivă față de muncă, organizarea atenției pentru toți elevii.

Profesor. Bună ziua, dragi elevi! Mă bucur să vă cunosc și aștept cu nerăbdare ajutorul și cooperarea dumneavoastră la lecție. Înmânându-vă un coș cu mandarine, vă invit să lucrați împreună. Dacă accepti oferta mea, atunci deschide-ți palmele spre mine, iar dacă nu, întoarce-le de la mine. Este o plăcere să privim aceste fructe, „bile portocalii” strălucitoare ne oferă o senzație de bucurie, încântare și euforie!

2. Motivarea elevilor

Ca epigraf la lecția noastră, am ales cuvintele radiochimistului maghiar D. Hevesy: (primul slide de prezentare)

Întrebare: Cum înțelegi aceste cuvinte?

Raționamentul elevilor

Organizarea lucrărilor elevilor pe o temă nouă

2. Recepție „Coșul de idei”

Invită elevii să curețe mandarina.

Întrebare: Ce s-a schimbat în audiență?

Întrebare: De ce s-a întâmplat asta?

Profesorul pune răspunsurile elevilor (la figurat) în „coșul de idei”

Întrebare: „Ce credeți, ce fenomen stă la baza acestor procese?”

Rezumă.

Condiția principală este să nu se repete ceea ce a fost deja spus de alții.

Profesor: De ce se întâmplă acest lucru, care este dovada mișcării continue a moleculelor în natura animată și neînsuflețită? Ce procese stau la baza acestor mișcări? Vom vorbi despre asta cu tine astăzi.

3. Stabilirea obiectivelor

Profesor: Invită elevii să formuleze subiectul lecției.

Corectează subiectul lecției: „Difuzia este baza vieții”.

Ajută elevii în formularea scopului lecției. Scopul lecției noastre:să demonstreze că difuzarea este baza vieții.

Profesor: obiectivele lecției: să extindă cunoștințele despre structura, proprietățile și funcțiile membranei citoplasmatice, să arăți relația dintre discipline precum „Fizica” și „Biologie” în această lecție și să dovedească că difuzarea este baza vieții.

3. Actualizarea cunoștințelor.

Profesor: Materialul subiectului lecției de astăzi se bazează pe cunoștințele pe care le-ați primit mai devreme în studiul biologiei. Ne vom aminti câteva momente cu tine acum.

Cuvânt încrucișat „Structuri celulare de bază”

(al doilea slide de prezentare)

Profesor: Ultimul cuvânt din cuvintele încrucișate este „shell”.

Întrebare: „Și ce structură celulară se află sub înveliș?”

4. Și învăţarea de materiale noi

Profesor: Sub peretele celular se află o membrană plasmatică (membrană - piele, film), mărginind direct citoplasmă. Grosimea membranei plasmatice este de aproximativ 10 nm.

Profesor:

1. Seturi întrebare:„Îți amintești ce substanțe fac parte din membrana plasmatică?”

2. O poveste despre structura membranei plasmatice (o diagramă a structurii membranei este prezentată pe diapozitiv)

(al treilea slide de prezentare)

Elevi: Proteine ​​și lipide. Sunt în două straturi.

Profesor: Moleculele de lipide din membrana plasmatică sunt dispuse pe două rânduri și formează un strat continuu. Mai ales în membranele fosfolipidelor, acestea conțin un reziduu de acid fosforic. Moleculele de fosfolipide sunt dispuse astfel încât „cozile” hidrofile să fie orientate spre interior, iar „capetele” hidrofobe să fie orientate spre exterior, spre apă.Pe lângă lipide, membrana conține proteine ​​(până la 60%). Ele determină funcțiile specifice ale membranei. Moleculele de proteine ​​și lipide sunt mobile, capabile să se miște, în principal în planul membranei. Moleculele de proteine ​​nu formează un strat continuu.

Distinge:

proteinele periferice- situate pe suprafața exterioară sau interioară a membranei, pot converti semnale din mediul extern și intern,

proteine ​​semi-integrale– scufundat în stratul dublu la diferite adâncimi, susțin structura membranei,

proteinele transmembranare- patrund prin membrana, contactand cu mediul extern si intern al celulei, catalizeaza reactiile metabolice, asigura transportul cationilor si anionilor, formeaza pori.

Profesor: Proprietățile membranei

Dar înainte de a trece la proprietățile membranelor, să ne amintim ce știi de la cursul de fizică.

Întrebare: „Ce explică, din punct de vedere al fizicii, una dintre proprietățile unui lichid - fluiditatea?”

Întrebare: „În ce caz se observă acest fenomen?”

Raspunsuri: Se explică prin atracția reciprocă a moleculelor lichidului. Acest fenomen se observă dacă distanța dintre moleculele lichidului este comparabilă cu dimensiunea moleculei.

Invită elevii să completeze diagrama în timp ce explică materialul

(al patrulea slide de prezentare)

Profesor: Vom explica proprietățile membranei în experimente cu un balon de săpun.

Intrebare problema: „De ce am luat un balon de săpun?”

Demonstrarea structurii unui balon de săpun.

(al 5-lea slide de prezentare)

Profesor: Răspuns: Dar adevărul este că moleculele de săpun și fosfolipide care alcătuiesc membranele au o structură similară.

Experienţă: Un elev demonstrează curgerea lichidului în peretele unui balon de săpun atârnat pe un tub de plastic.

Prima proprietate a membranelor este mobilitatea.

Stratul dublu lipidic este în esență o formațiune lichidă, în planul căreia moleculele se pot mișca liber - „curge” fără pierderea contactelor din cauza atracției reciproce. Cozile hidrofobe pot aluneca liber una față de alta.

Experienţă: Elevul demonstrează cum, atunci când un balon de săpun este străpuns și apoi acul este îndepărtat, integritatea peretelui său este imediat restaurată.

Profesor: A doua proprietate este capacitatea de a se auto-închide.

Datorită acestei abilități, celulele pot fuziona prin fuziunea membranelor lor plasmatice (de exemplu, în timpul dezvoltării țesutului muscular). Același efect se observă atunci când celula este tăiată în două părți cu un microcuțit, după care fiecare parte este înconjurată de o membrană plasmatică închisă.

Întrebare: „În ce caz, din punct de vedere al fizicii, există o atracție reciprocă între molecule?”

Răspuns: se observă atracție reciprocă dacă distanța dintre molecule este comparabilă cu dimensiunea moleculei, dar dacă distanța devine mult mai mare, atunci nu apare atracția reciprocă.

Clip video „Difuzare facilitată”

Profesor: Al treilea cea mai importantă proprietate membranele sunt permeabilitate selectivă. Aceasta înseamnă că moleculele și ionii trec prin el cu viteze diferite și, cu cât dimensiunea moleculelor este mai mare, cu atât trecerea lor prin membrană este mai lentă. Această proprietate definește membrana plasmatică ca barieră osmotică. Apa si gazele dizolvate in ea au puterea maxima de patrundere; ionii trec prin membrană mult mai încet.

Profesor: Numiți proprietățile membranei:

Elevii raspund: 1. Mobilitate. 2. Auto-închidere. 3. Permeabilitatea selectivă. (al 6-lea slide de prezentare)

Profesor: Acum hai să ne odihnim puțin.

Minut de educație fizică

Profesor:

Demonstrație de experiență „Observarea plasmolizei și deplasmolizei unei celule vegetale”(clip video)

Întrebări:

Ce este plasmoliza?

Ce fenomen se numește deplasmoliză?

Ce este osmoza?

Trage concluzii cu elevii.

Profesor: Concluzie:

PLASMOLISĂ - separarea stratului parietal al citoplasmei de învelișul dur al celulei vegetale.

DEPLASMOLISĂ

OSMOZĂ

Ne-am asigurat că membrana plasmatică are permeabilitate selectivă

Profesor: Oparin Alexander Ivanovici a spus că după ce au apărut membranele... din supa fiartă în mări s-au putut forma primele organisme vii. Pe ce bază a ajuns omul de știință la o astfel de afirmație?

Elevi: Membrana separă conținutul celular de mediul extern.

Profesor: Să ne amintim care sunt principalele funcții ale membranei celulare?

Elevi: 1. Bariera

2. Transport

3. Receptor

Clip video „Funcțiile membranei”

Profesor: Să ne oprim mai detaliat asupra funcției de transport a membranei.

Profesor: Exercitiul 1. Imaginați-vă că ați ajuns la un zid, la un gard, la un obstacol pe care trebuie să-l depășiți. Cum vei încerca să intri înăuntru?

Elevii sunt împărțiți în două grupuri, fiecărui grup i se dă o foaie de hârtie, care este împărțită printr-o linie verticală în două coloane. Grupului i se acordă 2 minute pentru a reflecta. Elevii ar trebui să sugereze cât mai multe căi de pătrundere posibil și să le noteze în coloana din stânga foii.

Munca de grup de publicitate, în urma căreia lista fiecărui grup este completată cu cele mai de succes propuneri.

Sarcina 2. Imaginați-vă că este necesar să depășiți bariera nu pentru o persoană care s-a apropiat de un gard sau de un perete, ci de o substanță situată lângă o celulă vie. Trebuie să intre în celulă. Încercați să găsiți analogii cu fiecare dintre modalitățile pe care le-ați sugerat pentru a depăși obstacolele. Notează-le pe partea dreaptă a unei bucăți de hârtie.

Socializarea în grupuri. Elevii citesc cu voce tare metodele de pătrundere în celulă și înregistrează cele mai reușite analogii ale altor grupuri.

Profesor: (rezumă munca grupurilor și explică modurile de transport prin membrană).

Difuzie

Fragment video „Difuzie în membrană”

Osmoza este mișcarea unui solvent dintr-o zonă de concentrație mare într-o zonă de concentrație mai mică.

Profesor: Vorbim despre difuzie în experimente. Vă întorc din nou la natura neînsuflețită și vă rog să vă amintiți, ce este difuzia din punctul de vedere al fizicii?

Difuzie Acesta este fenomenul de penetrare reciprocă a moleculelor unei substanțe între moleculele alteia.

Profesor: Care sunt caracteristicile difuziei în natura animată și neînsuflețită? Ce determină viteza de difuzie?

Discuția elevilor, ipotezele

Profesor: Deci, credeți că viteza de difuzie depinde de temperatură și de starea de agregare a substanței? De ce?

Răspunsuri estimate ale elevilor

Profesor: Acum haideți să vă testăm ipoteza experimental.

Experienţă

Dotare: 2 pahare cu apa de diferite temperaturi, pahare, pipeta, cafea

Progres:

Turnați aceeași cantitate de apă, dar la temperaturi diferite, în două vase identice de sticlă.

Puneți 2-3 picături de apă caldă și rece pe pahare (pe diferite pahare)

De sus, pune câteva boabe de cafea instant.

Priviți ce se întâmplă. (1 - 2 min)

Măsurați timpul necesar pentru ca toată apa din pahar să se coloreze.

În acest experiment are loc fenomenul de difuzie? De ce?

Înregistrați rezultatele într-un tabel.

numărul de experiență

Pahar cu apa

Timp de colorat

Rece

Fierbinte

Ce puteți spune despre viteza de difuzie în primul și al doilea vas?

Acum, în ambele vase, difuzia implică aceleași substanțe care se află în aceleași stări agregate. Deci viteza de difuzie trebuie să fie aceeași? Dar rezultatele experimentului arată contrariul. De ce?

Viteza de difuzie crește odată cu creșterea temperaturii, deoarece moleculele corpurilor care interacționează încep să se miște mai repede. Această afirmație este adevărată pentru substanțele în orice stare de agregare.

Concluzie: Difuzia are loc în lichide și se accelerează odată cu creșterea temperaturii.

5. Verificarea primară a înțelegerii materialului studiat.

Profesor: Se intoarce la întrebare, dat la începutul lecției: „Spune-mi, de ce s-a răspândit în public mirosul de mandarine, după ce am început să o curățăm?”

Întrebare:„Ce fenomen fizic stă la baza mecanismului de transport al substanțelor în celulă prin membrana citoplasmatică?”

Consolidare.

Invită elevii să finalizeze o sarcină de testare (folosind o prezentare multimedia) pentru a consolida materialul studiat.

1. Selectați principalele funcții ale membranei plasmatice

a) transport, barieră, receptor

b) transport, energie, barieră

c) transport, energie, catalitic

2. Ce substanțe sunt incluse în membrana plasmatică?

a) carbohidrați și proteine

b) proteine ​​si lipide

c) proteine ​​şi acizi nucleici

3. Ce proces este prezentat în această imagine?

a) osmoza

b) difuzie

c) plasmoliza

4. Ce proces este prezentat în această imagine?

a) plasmoliza

b) deplasmoliza

c) mitoza

5. Să trecem la fasole care sunt pe mesele tale. Am pre-înmuiat o fasole în apă fierbinte, cealaltă a rămas uscată. Cred că diferența de mărime a boabelor este vizibilă. Ce proces vezi aici?

a) plasmoliza

b) osmoza

c) creştere

Verificarea reciprocă a sarcinii de testare

7. Analiză

Profesor: Să trecem la epigraful lecției noastre

„Mintea gânditoare nu se simte fericită până când nu reușește să leagă împreună faptele disparate pe care le observă”

Întrebare: Crezi că am ales epigraful potrivit pentru lecția noastră? Explică de ce?

Elevii discută și răspund la întrebare.

Profesor: Asa de De ce este difuzarea baza vieții?

Elevi: Difuzia este de mare importanță în procesele de viață ale obiectelor vii. Difuzia joacă un rol important în nutriția plantelor, transfer nutrienți, oxigen la oameni și animale.

Profesor: „Unde crezi că (în viață, în profesie) vei avea nevoie de cunoștințe despre difuzare?”

Profesor: Ce fenomen leagă disciplinele „Fizică” și „Biologie” în studiul proprietăților și funcțiilor membranei plasmatice?

8. Tema pentru acasă

informează elevii teme pentru acasă, explică implementarea.

1. Rezolvați cuvântul „Confuzie de litere”.

Pătrunderea moleculelor unei substanțe în spațiile intermoleculare ale alteia

Starea materiei în care difuzia are loc cu cea mai mare viteză

Difuzia într-o singură direcție prin membrane semi-permeabile

Rezultatul emisiilor în atmosferă și râuri de deșeuri de producție periculoase

Murdar……. moleculele duce la difuzia substantelor.

Mărime fizică care accelerează procesul de difuzie

Introducerea medicamentelor prin piele, folosind un curent electric.

2. Creați o broșură „Difuziunea în profesia mea”.

3. Ridică câteva proverbe în care se observă fenomenul difuziei.

4. Realizați un experiment.

Prima și a doua sarcină sunt îndeplinite de toți elevii.

Al treilea și al patrulea - opțional.

9. Reflecție

Se propune ca elevii să „imbrace” copacul cu mandarine:

Dacă ți-a plăcut lecția, ai învățat o mulțime de lucruri noi și interesante, atunci o mandarină portocalie este atașată de copac;

Dacă lecția nu a fost plăcută, a fost plictisitoare și neinteresantă, atunci o mandarină albă este atașată de copac.

Invită elevii să numească cel mai activ elev al lecției, acest elev primește un coș de mandarine pentru munca activă în lecția integrată „Difuzia este baza vieții”

Difuzie

Un exemplu de difuzie este amestecarea gazelor (de exemplu, răspândirea mirosurilor) sau a lichidelor (dacă aruncați cerneală în apă, lichidul va deveni uniform colorat după un timp). Un alt exemplu este legat de un corp solid: atomii metalelor alăturate sunt amestecați la limita de contact. Difuzia particulelor joacă un rol important în fizica plasmei.

De obicei, difuzia este înțeleasă ca procese însoțite de transferul de materie, totuși, uneori, alte procese de transfer sunt numite și difuzie: conductivitate termică, frecare vâscoasă etc.

Rata de difuzie depinde de mulți factori. Deci, in cazul unei tije metalice, difuzia termica are loc foarte repede. Dacă tija este din material sintetic, difuzia termică are loc încet. Difuzia moleculelor în cazul general se desfășoară și mai lent. De exemplu, dacă o bucată de zahăr este coborâtă pe fundul unui pahar cu apă și apa nu este amestecată, va dura câteva săptămâni până când soluția devine omogenă. Și mai lentă este difuzarea unui solid în altul. De exemplu, dacă cuprul este acoperit cu aur, atunci va avea loc difuzia aurului în cupru, dar în condiții normale (temperatura camerei și presiunea atmosferică), stratul purtător de aur va atinge o grosime de câțiva microni abia după câteva mii de ani.

O descriere cantitativă a proceselor de difuzie a fost făcută de fiziologul german A. Fick ( Engleză) în 1855

descriere generala

Toate tipurile de difuzie se supun acelorași legi. Rata de difuzie este proporțională cu aria secțiunii transversale a probei, precum și cu diferența de concentrații, temperaturi sau încărcături (în cazul valorilor relativ mici ale acestor parametri). Astfel, căldura va călători de patru ori mai repede printr-o tijă de doi centimetri în diametru decât printr-o tijă de un centimetru în diametru. Această căldură se va răspândi mai repede dacă diferența de temperatură pe centimetru este de 10°C în loc de 5°C. Rata de difuzie este, de asemenea, proporțională cu parametrul care caracterizează un anumit material. În cazul difuziei termice, acest parametru se numește conductivitate termică, în cazul unui flux de sarcini electrice - conductivitate electrică. Cantitatea de substanță care difuzează într-un timp dat și distanța parcursă de substanța care difuzează sunt proporționale cu rădăcina pătrată a timpului de difuzie.

Difuzia este un proces la nivel molecular și este determinat de natura aleatorie a mișcării moleculelor individuale. Viteza de difuzie este deci proporțională cu viteza medie a moleculelor. În cazul gazelor, viteza medie a moleculelor mici este mai mare și anume este invers proporțională cu rădăcina pătrată a masei moleculei și crește odată cu creșterea temperaturii. Procesele de difuzie în solide la temperaturi ridicate găsesc adesea aplicații practice. De exemplu, anumite tipuri de tuburi catodice (CRT) folosesc toriu metalic difuzat prin wolfram metalic la 2000°C.

Dacă într-un amestec de gaze masa unei molecule este de patru ori mai mare decât a celeilalte, atunci o astfel de moleculă se mișcă de două ori mai încet în comparație cu mișcarea sa într-un gaz pur. În consecință, rata sa de difuzie este, de asemenea, mai mică. Această diferență în ratele de difuzie între moleculele ușoare și cele grele este utilizată pentru a separa substanțe cu greutăți moleculare diferite. Un exemplu este separarea izotopilor. Dacă un gaz care conține doi izotopi este trecut printr-o membrană poroasă, izotopii mai ușori pătrund în membrană mai repede decât cei mai grei. Pentru o mai bună separare, procesul se desfășoară în mai multe etape. Acest proces a fost utilizat pe scară largă pentru separarea izotopilor de uraniu (separarea a 235 U de cea mai mare parte a 238 U). Deoarece această metodă de separare este consumatoare de energie, au fost dezvoltate alte metode de separare mai economice. De exemplu, utilizarea difuziei termice într-un mediu gazos este larg dezvoltată. Un gaz care conține un amestec de izotopi este plasat într-o cameră în care se menține o diferență de temperatură spațială (gradient). În acest caz, izotopii grei sunt concentrați în timp în regiunea rece.

Ecuațiile lui Fick

Din punctul de vedere al termodinamicii, potențialul motor al oricărui proces de nivelare este creșterea entropiei. La presiune și temperatură constante, rolul unui astfel de potențial este jucat de potențialul chimic µ , determinând menținerea curgerii materiei. Fluxul particulelor de substanță este proporțional cu gradientul de potențial

În majoritatea cazurilor practice, concentrația este utilizată în locul potențialului chimic C. Înlocuire directă µ pe C devine incorectă în cazul concentrațiilor mari, deoarece potențialul chimic încetează să mai fie legat de concentrație conform legii logaritmice. Dacă nu luăm în considerare astfel de cazuri, atunci formula de mai sus poate fi înlocuită cu următoarea:

ceea ce arată că densitatea fluxului materiei J proporțional cu coeficientul de difuzie D[()] și gradientul de concentrație. Această ecuație exprimă prima lege a lui Fick. A doua lege a lui Fick se referă la schimbările spațiale și temporale ale concentrației (ecuația de difuzie):

Coeficientul de difuzie D dependent de temperatură. Într-un număr de cazuri, într-un interval larg de temperatură, această dependență este ecuația Arrhenius.

Un câmp suplimentar aplicat paralel cu gradientul de potențial chimic rupe starea de echilibru. În acest caz, procesele de difuzie sunt descrise de ecuația neliniară Fokker-Planck. Procesele de difuzie sunt de mare importanță în natură:

• Nutriția, respirația animalelor și plantelor;
• Pătrunderea oxigenului din sânge în țesuturile umane.

Descrierea geometrică a ecuației Fick

În a doua ecuație Fick, în partea stângă este rata de modificare a concentrației în timp, iar în partea dreaptă a ecuației este derivata a doua parțială, care exprimă distribuția spațială a concentrației, în special, convexitatea temperaturii. funcția de distribuție proiectată pe axa x.

Vezi si

• Difuzia de suprafață este un proces asociat cu mișcarea particulelor care apar pe suprafața unui corp condensat în primul strat de suprafață de atomi (molecule) sau peste acest strat.

Note

Literatură

• Bokshtein B.S. Atomii rătăcesc prin cristal. - M .: Nauka, 1984. - 208 p. - (Biblioteca „Quantum”, Numărul 28). - 150.000 de exemplare.

Legături

• Difuzie (lectie video, program de clasa a VII-a)
• Difuzia atomilor de impurități pe suprafața unui singur cristal

Fundația Wikimedia. 2010 .

Vedeți ce este „Difuziunea” în alte dicționare:

- [lat. difuzie distribuţie, răspândire] fizică, chimică. pătrunderea moleculelor unei substanțe (gaz, lichid, solid) în alta prin contactul lor direct sau printr-o partiție poroasă. Dicționar de cuvinte străine. Komlev N.G.,… … Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

Difuzie- este pătrunderea în mediu a particulelor unei substanțe a particulelor unei alte substanțe, care are loc ca urmare a mișcării termice în direcția scăderii concentrației unei alte substanțe. [Blum E.E. Dicţionar de termeni metalurgici de bază. Ekaterinburg… Enciclopedie de termeni, definiții și explicații ale materialelor de construcție

Enciclopedia modernă

- (din latinescul diffusio spreading spreading, dispersion), mișcarea particulelor de mediu, care duce la transferul de materie și alinierea concentrațiilor sau la stabilirea unei distribuții de echilibru a concentrațiilor de particule de un anumit tip în mediu. În lipsa… … Dicţionar enciclopedic mare

DIFUZIA, mișcarea unei substanțe într-un amestec dintr-o zonă de concentrație mare într-o zonă de concentrație scăzută, cauzată de mișcarea aleatorie a atomilor sau moleculelor individuale. Difuzia se oprește când gradientul de concentrație dispare. Viteza…… Dicționar enciclopedic științific și tehnic

difuziune- si bine. difuzie f. germană. Difuzie lat. difuzio răspândire, răspândire. Pătrunderea reciprocă a substanțelor adiacente unele în altele datorită mișcării termice a moleculelor și atomilor. Difuzia de gaze, lichide. BAS 2. || trans. Ei… … Dicționar istoric galicisme ale limbii ruse

Difuzie- (din latinescul diffusio distribuție, răspândire, dispersie), mișcarea particulelor mediului, ducând la transferul de materie și alinierea concentrațiilor sau stabilirea distribuției lor de echilibru. Difuzia este de obicei determinată de mișcarea termică ...... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat

Mișcarea particulelor în direcția scăderii concentrației lor, datorită mișcării termice. D. duce la alinierea concentrațiilor substanței care difuzează și la umplerea uniformă a volumului cu particule. ... ... Enciclopedia Geologică

Articolul arată rolul proceselor difuze în plăgile suturate în mod tradițional și în modul propus de autori. Teoretic fundamentată ameliorarea proceselor difuze în răni în tratamentul metodei hardware.

Problema vindecării rănilor de diverse etiologii este una dintre principalele ramuri ale medicinei care nu și-au pierdut semnificația în prezent. Tratamentul acestei patologii în cel mai scurt timp posibil, fără complicații purulente, este posibil numai cu o dotare suficientă a instituțiilor medicale cu medicamente moderne eficiente pentru vindecarea rănilor.

În procesul de rană, reacția locală și generală a corpului este direct dependentă de severitatea și caracteristicile afectarii țesuturilor și organelor. Procesele reactive locale și generale în timpul proceselor de regenerare sunt în relație directă și inversă fiind interdependente și influențându-se reciproc. Baza vindecării rănilor este capacitatea de a controla cursul procesului rănilor. Această problemă se află invariabil în domeniul de vedere al oamenilor de știință și al chirurgilor practicanți.

Un numar mare de metodele utilizate de tratare a rănilor aparțin grupului farmacologic. Totodată, au fost propuse un număr mare de dispozitive tehnice pentru tratarea rănilor. Cu toate acestea, cea mai comună metodă de suturare a rănilor este o sutură circulară verticală.

Pielea umană, formată din proteine ​​de colagen, este o membrană naturală ideală care îndeplinește numeroase funcții metabolice și de protecție. Aceste procese se datorează în principal difuziei. Difuzia (din latină diffusio - răspândire, răspândire), pătrunderea reciprocă a substanțelor învecinate unele în altele datorită mișcării particulelor unei substanțe.

Difuzia este un proces la nivel molecular și este determinat de natura aleatorie a mișcării moleculelor individuale. Viteza de difuzie este deci proporțională cu viteza medie a moleculelor. Difuzia are loc în direcția scăderii concentrației substanței și duce la o distribuție uniformă a substanței pe întregul volum pe care îl ocupă (la egalizarea potențialului chimic al substanței).

Rolul proceselor difuze în patogeneza și tratamentul procesului plăgii este foarte mare. Deci, de exemplu, în transplantul de piele, grosimea lambourilor joacă rol imensîn vindecarea rănilor de arsuri, deoarece are un efect pozitiv asupra proceselor difuze dintre grefă și suprafața plăgii.

Cu toate acestea, semnificația proceselor difuze în rană nu este practic studiată. Marginile plăgii sunt sisteme conductoare în care procesele difuze ar trebui să aibă loc în condiții normale. Acest proces este prezentat schematic în Figura 1.

Desenul schematic arată că plaga chirurgicală (1), suturată cu suturi verticale circulare tradiționale conform clasificării lui Golikov A.N., prezintă anumite dezavantaje. Sutura chirurgicală (2), care este un mijloc de abordare a marginilor plăgii, asigură ischemia completă (5) a țesuturilor, ceea ce duce la formarea de „zone tăcute” pentru trecerea proceselor difuze, ceea ce duce la deformare (4). ) a vectorului de difuzie (3). Ca urmare, sutura chirurgicală utilizată în mod tradițional duce la formarea artificială de zone de țesut care nu sunt implicate în procesele de regenerare. Mai mult, în cazuri nefavorabile, aceste „defecte tisulare” sunt sursele formării focarelor procesului infecțios. Pentru că, în final, țesutul, lipsit de acces la nutrienți, oxigen etc., devine necrotic, ceea ce se termină cu formarea unei cicatrici. În caz contrar, masele de țesut necrotic sunt un teren favorabil pentru agenții patogeni.

Documentul de securitate al Institutului Național de Proprietate Intelectuală al Republicii Kazahstan nr. 13864 din 15.08.2007 a fost obținut pentru metoda hardware. Principiul principal al metodei propuse este închiderea strânsă a marginilor plăgii între ele folosind tehnici fizice și mecanice. De-a lungul marginii rănii este aplicată o fir de pescuit de nailon de lungime suficientă, creând un „arc de ligatură”, care este fixat cu capetele sale de capetele aparatului proiectat de autor.

Aparatul autorului în formă asamblată are forma unui cadru, sub forma unui paralelogram pătrangular, laturi care sunt alcătuite din tije, iar capetele sunt benzi mobile amplasate și fixate de tije cu două piulițe la ambele capete ale știfturilor, pe benzile mobile se forează găuri de același diametru pentru tije și fixează firele ligaturii. (Fig. 2).

procesele de regenerare. Eficacitatea metodei aparatului a fost dovedită experimental și clinic.

Astfel, a fost propus teoretic o justificare a eficacității metodei hardware propuse în comparație cu metodele tradiționale de suturare a rănilor. Acest lucru se datorează unei creșteri a presiunii pe zona plăgii, care (datorită caracteristicilor de proiectare ale dispozitivului) duce la o creștere locală a ratei de difuzie.

Literatură

1. Golikov A.N. Vindecarea unei plăgi granulare închisă cu suturi. - Moscova: 1951. - 160 p.
2. Waldorf H., Fewres J. Vindecarea rănilor // Adv. Derm. - 1995. Nr. 10. - P. 77–96.
3. Abaturova E.K., Baimatov V.N., Batyrshina G.I. Influența biostimulanților asupra procesului plăgii // Morfologie. - 2002. - T. 121, nr. 2–3. – S.6.
4. Kochnev O.S., Izmailov G.S. Metode de suturare a rănilor. - Kazan: 1992. - 160 p.
5. Kiselev S.I. Valoarea resurselor pielii donatorului în alegerea tacticii chirurgicale raționale la pacienții cu arsuri profunde: Rezumat al tezei. … Candidat la științe medicale. Ryazan, 1971. 17 p.

Zharalardy emdeu biologie syndagy difuzie

Tuyin Makalada әdettegi әdіspen zhane maқala avtorlarymen ұsynylyp otyrғan aparate аdіstің zhalalardy emdeudegі difuzie procesor turaly aitylgyn. Difuzarea Zharalarda a aparatului de procesare adistin zhaksargany teoria zhuzinde daleldip korsetildі.

DIFUZIA INBIOLOGIEVindecarea

Abstract Articolul arată rolul proceselor difuze în plăgile suturate în mod tradițional și metoda propusă de autori. Procesele difuze în plăgi au fost justificate teoretic.

Esirkepov M.M., Nurmashev B.K., Mukanova U.A.

Statul Kazahstanului de Sud Academiei medicale, Shymkent

ÎN curiculumul scolar la un curs de fizică (aproximativ în clasa a VII-a), elevii vor învăța că difuzia este un proces care este pătrunderea reciprocă a particulelor unei substanțe între particulele unei alte substanțe, în urma căruia concentrațiile sunt egalizate în întreg volumul ocupat. Aceasta este o definiție destul de dificil de înțeles. Pentru a înțelege ce este difuzia simplă, legea difuziei, ecuația ei, este necesar să se studieze în detaliu materialele pe aceste probleme. Cu toate acestea, dacă o persoană are suficient ideea generala, atunci datele de mai jos vă vor ajuta să obțineți cunoștințe de bază.

Fenomenul fizic - ce este

Datorită faptului că mulți oameni confundă sau nu știu deloc ce este un fenomen fizic și cum diferă de unul chimic, precum și ce fel de fenomene aparține difuzia, este necesar să înțelegem ce este un fenomen fizic. Deci, după cum știe toată lumea, fizica este o știință independentă aparținând domeniului științelor naturale, care studiază legile naturale generale despre structura și mișcarea materiei și, de asemenea, studiază materia însăși. În consecință, un fenomen fizic este un astfel de fenomen, în urma căruia nu se formează substanțe noi, ci are loc doar o schimbare a structurii substanței. Diferența dintre un fenomen fizic și unul chimic constă tocmai în faptul că nu se obțin substanțe noi ca urmare. Astfel, difuzia este un fenomen fizic.

Definiția termenului difuzie

După cum știți, pot exista multe formulări ale unui concept, dar sensul general nu ar trebui să se schimbe. Și difuzia nu face excepție. Definiția generalizată este următoarea: difuzia este un fenomen fizic, care este pătrunderea reciprocă a particulelor (molecule, atomi) a două sau mai multe substanțe la o distribuție uniformă pe întregul volum ocupat de aceste substanțe. Ca rezultat al difuziei, nu se formează substanțe noi, de aceea este exact fenomen fizic. Difuzia simplă se numește difuzie, ca urmare a căreia particulele se deplasează din zona de cea mai mare concentrație în zona de concentrație a suflatorului, care se datorează mișcării termice (haotice, browniene) a particulelor. Cu alte cuvinte, difuzia este un proces de amestecare a particulelor de diferite substanțe, iar particulele sunt distribuite uniform în volum. Aceasta este o definiție foarte simplificată, dar cea mai de înțeles.

Tipuri de difuzie

Difuzia poate fi fixată atât la observarea substanțelor gazoase și lichide, cât și a celor solide. Prin urmare, include mai multe tipuri:

• Difuzia cuantică este procesul de difuzie a particulelor sau a defectelor punctuale (tulburări locale în rețeaua cristalină a unei substanțe), care se realizează în solide. Încălcările locale sunt încălcări la un anumit punct al rețelei cristaline.

• Coloidal - difuzie care are loc în întregul volum al sistemului coloidal. Un sistem coloidal este un mediu în care sunt distribuite particule, bule, picături ale altuia, care diferă în starea de agregare iar compozitia de la prima, medie. Astfel de sisteme, precum și procesele care au loc în ele, sunt studiate în detaliu în cursul chimiei coloidului.
• Convectiv - transferul de microparticule ale unei substanțe de către macroparticulele mediului. O ramură specială a fizicii numită hidrodinamică se ocupă cu studiul mișcării mediilor continue. De acolo puteți obține cunoștințe despre stările fluxului.
• Difuzia turbulentă este procesul de transfer a unei substanțe în alta, datorită mișcării turbulente a celei de-a doua substanțe (tipic pentru gaze și lichide).

Se confirmă afirmația că difuzia poate avea loc atât în ​​gaze și lichide, cât și în solide.

Care este legea lui Fick?

Omul de știință german, fizicianul Fick, a dedus o lege care arată dependența densității fluxului de particule printr-o singură zonă de o modificare a concentrației unei substanțe pe unitatea de lungime. Această lege este legea difuziei. Legea poate fi formulată în felul următor: fluxul de particule, care este îndreptat de-a lungul axei, este proporțional cu derivata numărului de particule în raport cu variabila trasată de-a lungul axei în raport cu care este determinată direcția fluxului de particule. Cu alte cuvinte, fluxul de particule care se mișcă în direcția axei este proporțional cu derivata numărului de particule în raport cu variabila, care este reprezentată de-a lungul aceleiași axe cu fluxul. Legea lui Fick vă permite să descrieți procesul de transfer al materiei în timp și spațiu.

Ecuația de difuzie

Când fluxurile sunt prezente într-o substanță, substanța în sine este redistribuită în spațiu. În acest sens, există mai multe ecuații care descriu acest proces de redistribuire din punct de vedere macroscopic. Ecuația difuziei este diferențială. Rezultă din ecuația generală a transferului de materie, care se mai numește și ecuația continuității. În prezența difuziei, se utilizează legea lui Fick, care este descrisă mai sus. Ecuația are următoarea formă:

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

Metode de difuzie

Metoda difuziei, sau mai degrabă metoda implementării acesteia în materiale solide, este utilizată pe scară largă în În ultima vreme. Acest lucru se datorează avantajelor metodei, dintre care unul este simplitatea echipamentului utilizat și procesul în sine. Esența metodei de difuzie din surse solide este depunerea de pelicule dopate cu unul sau mai multe elemente pe semiconductori. Există câteva alte metode de implementare a difuziei, pe lângă metoda sursei solide:

• într-un volum închis (metoda fiolei). Toxicitatea minimă este un avantaj al metodei, dar costul ei ridicat, datorită posibilității de unică folosință a fiolei, este un dezavantaj semnificativ;
• într-un volum deschis (difuzie termică). Este exclusă posibilitatea utilizării multor elemente din cauza temperaturilor ridicate, precum și difuzia laterală sunt mari dezavantaje ale acestei metode;
• într-un volum parțial închis (metoda cutiei). Aceasta este o metodă intermediară între cele două descrise mai sus.

Pentru a afla mai multe despre metodele și caracteristicile difuzării, este necesar să se studieze literatura suplimentară dedicată în mod specific acestor probleme.