Difúzia: definícia a príklady vo vonkajšom svete. Abstrakt: Téma: „Difúzia v živej a neživej prírode Difúzia v rastlinnom svete

MOU Zaozernaya stredná škola s hĺbkovým štúdiom jednotlivých predmetov č.16

Téma: "Difúzia v živej a neživej prírode."

Dokončené:

Žiak 8. ročníka Zyabrev Kirill.

Učiteľ fyziky: Zavyalova G.M.

Učiteľ biológie: Zyabreva V.F.

Tomsk - 2008

I. úvod. ………………………………………………………………… 3

II. Difúzia v živej a neživej prírode.

1. História objavenia javu. …………………………………. 4

2. Difúzia, jej typy. ………………………………………….. 6

3. Od čoho závisí rýchlosť difúzie? ………………………….. 7

4. Difúzia v neživej prírode. ………………………………… 8

5. Difúzia vo voľnej prírode. ………………………………… 9

6. Využitie difúznych javov. …………………………. 16

7. Navrhovanie jednotlivých difúznych javov. ………………… 17

III. Záver. ………………………………………………… 20

IV. Použité knihy. …………………………………. . 21

I. úvod.

Koľko úžasných a zaujímavých vecí sa deje okolo nás. Na nočnej oblohe svietia ďaleké hviezdy, v okne horí sviečka, vietor nesie vôňu rozkvitnutej vtáčej čerešne, starnúca babička vás oči vyprevadí .... Chcem sa veľa naučiť, skúste to vysvetliť sám. Veď mnohé prírodné javy sú spojené s difúznymi procesmi, o ktorých sme hovorili nedávno v škole. Ale povedali tak málo!

Pracovné ciele :

1. Rozšíriť a prehĺbiť poznatky o difúzii.

2. Simulujte jednotlivé difúzne procesy.

3. Vytvorte ďalší počítačový materiál na použitie na hodinách fyziky a biológie.

Úlohy:

1. Nájdite si potrebný materiál v literatúre, na internete, preštudujte si ho a rozoberte.

2. Zistite, kde sa vyskytujú difúzne javy v živej a neživej prírode (fyzika a biológia), aký majú význam, kde ich človek využíva.

3. Opíšte a navrhnite najzaujímavejšie experimenty na tomto jave.

4. Vytvorte animačné modely niektorých difúznych procesov.

Metódy: analýza a syntéza literatúry, dizajn, modelovanie.

Moja práca pozostáva z troch častí; hlavná časť pozostáva zo 7 kapitol. Preštudoval som a spracoval materiály z 13 literárnych zdrojov vrátane náučnej, referenčnej, vedeckej literatúry a internetových stránok a pripravil som aj prezentáciu v editore Power Point.

II. Difúzia v živej a neživej prírode.

II .1. História objavu fenoménu difúzie.

Robert Brown pri pozorovaní suspenzie peľu kvetov vo vode pod mikroskopom pozoroval chaotický pohyb častíc, ktorý nevzniká „nie z pohybu kvapaliny a nie z jej vyparovania“. Suspendované častice s veľkosťou 1 µm alebo menšou, viditeľné iba pod mikroskopom, vykonávali neusporiadané nezávislé pohyby opisujúce zložité kľukaté trajektórie. Brownov pohyb časom neoslabuje a nezávisí od chemické vlastnostiživotné prostredie; jeho intenzita sa zvyšuje so zvyšovaním teploty média a so znižovaním jeho viskozity a veľkosti častíc. Dokonca aj kvalitatívne vysvetlenie príčin Brownovho pohybu bolo možné až o 50 rokov neskôr, keď sa príčina Brownovho pohybu začala spájať s dopadmi molekúl kvapaliny na povrch častice v nej suspendovanej.

Prvú kvantitatívnu teóriu Brownovho pohybu predložili A. Einstein a M. Smoluchowski v rokoch 1905-06. založené na molekulárnej kinetickej teórii. Ukázalo sa, že náhodné prechádzky Brownových častíc sú spojené s ich účasťou na tepelnom pohybe spolu s molekulami média, v ktorom sú suspendované. Častice majú v priemere rovnakú kinetickú energiu, ale vďaka väčšej hmotnosti majú nižšiu rýchlosť. Teória Brownovho pohybu vysvetľuje náhodný pohyb častice pôsobením náhodných síl od molekúl a trecích síl. Podľa tejto teórie sú molekuly kvapaliny alebo plynu v neustálom tepelnom pohybe a impulzy rôznych molekúl nie sú rovnaké vo veľkosti a smere. Ak je povrch častice umiestnenej v takomto médiu malý, ako je to v prípade Brownovej častice, potom dopady, ktoré častica zažívajú od okolitých molekúl, nebudú presne kompenzované. Preto v dôsledku „bombardovania“ molekulami sa Brownova častica začne náhodne pohybovať a mení veľkosť a smer svojej rýchlosti približne 1014-krát za sekundu. Z tejto teórie vyplýva, že meraním posunu častice za určitý čas a poznaním jej polomeru a viskozity kvapaliny je možné vypočítať Avogadroovo číslo.

Závery teórie Brownovho pohybu potvrdili merania J. Perrina a T. Svedberga v roku 1906. Na základe týchto vzťahov bola experimentálne určená Boltzmannova konštanta a Avogadrova konštanta. (Avogadrova konštanta označuje sa NA, počet molekúl alebo atómov v 1 mole látky, NA = 6,022,1023 mol-1; meno na počesť A. Avogadra.

Boltzmannova konštanta, fyzikálna konštanta k rovný pomeru univerzálnej plynovej konštanty R na číslo Avogadro N A: k = R / N A = 1,3807,10-23 J/K. Pomenovaný po L. Boltzmannovi.)

Pri pozorovaní Brownovho pohybu sa poloha častice fixuje v pravidelných intervaloch. Čím kratšie sú časové intervaly, tým viac bude trajektória častice vyzerať.

Vzory Brownovho pohybu slúžia ako jasné potvrdenie základných ustanovení molekulárnej kinetickej teórie. Nakoniec sa zistilo, že tepelná forma pohybu hmoty je spôsobená chaotickým pohybom atómov alebo molekúl, ktoré tvoria makroskopické telá.

Teória Brownovho pohybu zohrala dôležitú úlohu pri zdôvodňovaní štatistickej mechaniky, je základom kinetickej teórie koagulácie (miešania) vodných roztokov. Okrem toho má aj ona praktickú hodnotu v metrológii, keďže Brownov pohyb sa považuje za hlavný faktor obmedzujúci presnosť meracích prístrojov. Napríklad hranica presnosti odčítania zrkadlového galvanometra je určená chvením zrkadla, ako je Brownova častica bombardovaná molekulami vzduchu. Zákony Brownovho pohybu určujú náhodný pohyb elektrónov, čo spôsobuje šum elektrické obvody. Dielektrické straty v dielektrikách sa vysvetľujú náhodnými pohybmi molekúl dipólu, ktoré tvoria dielektrikum. náhodné pohyby ióny v roztokoch elektrolytov zvyšujú ich elektrický odpor.

Trajektórie Brownových častíc (schéma Perrinovho experimentu); bodky označujú polohy častíc v pravidelných intervaloch.

teda DIFÚZIA ALEBO BROWNOV POHYB - Toto náhodný pohyb najmenších častíc suspendovaných v kvapaline alebo plyne, ku ktorému dochádza pod vplyvom vplyvov molekúl prostredia; OTVORENÉ

R. Brown v roku 1827

II. 2. Difúzia, jej typy.

Rozlišujte medzi difúziou a vlastnou difúziou.

difúziou nazývané spontánne prenikanie molekúl jednej látky do medzier medzi molekulami inej látky. V tomto prípade sa častice zmiešajú. Difúzia sa pozoruje pre plyny, kvapaliny a tuhé látky. Napríklad kvapka atramentu sa rozmieša v pohári vody. Alebo sa po miestnosti šíri vôňa kolínskej.

Difúzia, podobne ako vlastná difúzia, existuje, pokiaľ existuje gradient hustoty látky. Ak hustota akejkoľvek jednej a tej istej látky nie je rovnaká v rôznych častiach objemu, potom sa pozoruje fenomén samodifúzie. Samo-difúziou nazývaný proces vyrovnávania hustoty(alebo koncentrácia úmerná tomu) rovnakú látku. K difúzii a samodifúzii dochádza v dôsledku tepelného pohybu molekúl, ktoré v nerovnovážnych stavoch vytvárajú toky hmoty.

Hustota hmotnostného toku je hmotnosť hmoty ( dm) difúzia za jednotku času cez jednotku plochy ( dS pl) kolmo na os X :

(1.1)

Fenomén difúzie sa riadi Fickovým zákonom

(1.2)

kde je modul gradientu hustoty, ktorý určuje rýchlosť zmeny hustoty v smere osi X ;

D- difúzny koeficient, ktorý sa vypočíta z molekulárnej kinetickej teórie podľa vzorca

(1.3)

kde je priemerná rýchlosť tepelného pohybu molekúl;

Priemerná dĺžka voľná dráha molekúl.

Znamienko mínus znamená, že k prenosu hmoty dochádza v smere klesajúcej hustoty.

Rovnica (1.2) sa nazýva difúzna rovnica alebo Fickov zákon.

II. 3. Rýchlosť difúzie.

Keď sa častica pohybuje v látke, neustále sa zráža s jej molekulami. To je jeden z dôvodov, prečo je za normálnych podmienok difúzia pomalšia ako normálny pohyb. Od čoho závisí rýchlosť difúzie?

Po prvé, na priemernej vzdialenosti medzi zrážkami častíc, t.j. voľná dĺžka cesty. Čím väčšia je táto dĺžka, tým rýchlejšie častica preniká do látky.

Po druhé, tlak ovplyvňuje rýchlosť. Čím hustejšie sú častice v látke, tým ťažšie je pre cudziu časticu preniknúť do takéhoto obalu.

Po tretie, rýchlosť difúzie hrá dôležitú úlohu molekulová hmotnosť látok. Čím väčší je cieľ, tým je pravdepodobnejšie, že zasiahne a po kolízii sa rýchlosť vždy spomalí.

A po štvrté, teplota. So stúpajúcou teplotou sa zväčšujú oscilácie častíc a zvyšuje sa rýchlosť molekúl. Rýchlosť difúzie je však tisíckrát nižšia ako rýchlosť voľného pohybu.

Všetky typy difúzie sa riadia rovnakými zákonmi, sú opísané difúznym koeficientom D, ktorý je skalárnou hodnotou a je určený z prvého Fickovho zákona.

Pre jednorozmernú difúziu ,

kde J je hustota toku atómov alebo defektov látky,
D - koeficient difúzie,
N je koncentrácia atómov alebo defektov látky.

Difúzia je proces na molekulárnej úrovni a je určený náhodným charakterom pohybu jednotlivých molekúl. Rýchlosť difúzie je teda úmerná priemernej rýchlosti molekúl. V prípade plynov je priemerná rýchlosť malých molekúl väčšia, konkrétne je nepriamo úmerná odmocnina z hmotnosti molekuly a rastie so zvyšujúcou sa teplotou. Difúzne procesy v pevných látkach pri vysokých teplotách často nachádzajú praktické uplatnenie. Napríklad niektoré typy katódových trubíc (CRT) používajú kovové tórium difundované cez kovový volfrám pri 2000 °C.

Ak je v zmesi plynov jedna molekula štyrikrát ťažšia ako druhá, potom sa takáto molekula pohybuje dvakrát pomalšie v porovnaní s jej pohybom v čistom plyne. V súlade s tým je rýchlosť jeho difúzie tiež nižšia. Tento rozdiel v rýchlosti difúzie medzi ľahkými a ťažkými molekulami sa používa na oddelenie látok s rôznymi molekulovými hmotnosťami. Príkladom je separácia izotopov. Ak plyn obsahujúci dva izotopy prechádza cez poréznu membránu, ľahšie izotopy prenikajú membránou rýchlejšie ako ťažšie. Pre lepšie oddelenie sa proces uskutočňuje v niekoľkých fázach. Tento proces sa široko používa na separáciu izotopov uránu (oddelenie štiepneho 235U pod ožiarením neutrónmi od množstva 238U). Pretože tento spôsob separácie je energeticky náročný, boli vyvinuté iné, ekonomickejšie separačné metódy. Široko rozvinuté je napríklad použitie tepelnej difúzie v plynnom médiu. Plyn obsahujúci zmes izotopov sa umiestni do komory, v ktorej sa udržiava priestorový teplotný rozdiel (gradient). V tomto prípade sa ťažké izotopy časom koncentrujú v chladnej oblasti.

Záver. Difúzne zmeny sú ovplyvnené:

· molekulová hmotnosť látky (čím vyššia molekulová hmotnosť, tým nižšia rýchlosť);

· priemerná vzdialenosť medzi zrážkami častíc (čím väčšia je dĺžka dráhy, tým väčšia je rýchlosť);

· tlak (čím väčšie je balenie častíc, tým ťažšie je preraziť),

· teplota (so stúpajúcou teplotou sa zvyšuje rýchlosť).

II.4. Difúzia v neživej prírode.

Vedeli ste, že celý náš život je postavený na zvláštnom paradoxe prírody? Každý vie, že vzduch, ktorý dýchame, pozostáva z plynov rôznej hustoty: dusíka N 2, kyslíka O 2, oxidu uhličitého CO 2 a malého množstva iných nečistôt. A tieto plyny by mali byť usporiadané vo vrstvách podľa gravitácie: najťažší CO 2 je na samom povrchu zeme, nad ním - O 2, ešte vyššie - N 2. Ale to sa nedeje. Sme obklopení homogénnou zmesou plynov. Prečo plameň nezhasne? Koniec koncov, kyslík, ktorý ho obklopuje, rýchlo vyhorí? Tu, ako v prvom prípade, funguje mechanizmus vyrovnávania. Difúzia zabraňuje nerovnováhe v prírode!

Prečo je more slané? Vieme, že rieky si cestujú cez hrúbku hornín, minerálov a vyplavujú soli do mora. Ako sa mieša soľ s vodou? Dá sa to vysvetliť jednoduchou skúsenosťou:

POPIS SKÚSENOSTÍ: Nalejte vodný roztok síranu meďnatého do sklenenej nádoby. Roztok opatrne zalejte čistou vodou. Pozorujeme hranicu medzi kvapalinami.

otázka:Čo sa s týmito tekutinami časom stane a čo budeme pozorovať?

Postupom času sa hranica medzi kontaktnými kvapalinami začne rozmazávať. Nádobu s tekutinami je možné umiestniť do skrine a každý deň môžete pozorovať, ako dochádza k samovoľnému miešaniu tekutín. Nakoniec sa v nádobe vytvorí homogénna kvapalina bledomodrej farby, na svetle takmer bezfarebná.

Častice síranu meďnatého sú ťažšie ako voda, ale v dôsledku difúzie pomaly stúpajú. Dôvodom je štruktúra kvapaliny. Kvapalné častice sú zbalené do kompaktných skupín - pseudojadier. Sú od seba oddelené dutinami - dierami. Jadrá nie sú stabilné, ich častice nie sú dlho v rovnováhe. Akonáhle častica odovzdá energiu, častica sa odtrhne od jadra a prepadne do dutín. Odtiaľ ľahko preskočí na ďalšie jadro atď.

Molekuly cudzorodej látky začínajú svoju cestu kvapalinou z otvorov. Na ceste sa zrazia s jadrami, vyrazia z nich častice a zaujmú ich miesto. Pohybujú sa z jedného voľného miesta na druhé a pomaly sa miešajú s tekutými časticami. Už vieme, že rýchlosť difúzie je nízka. Preto za normálnych podmienok tento experiment trval 18 dní, s ohrevom - 2-3 minúty.

Záver: V plameňoch Slnka, živote a smrti vzdialených svietiacich hviezd, vo vzduchu, ktorý dýchame, v zmenách počasia, takmer vo všetkých fyzikálnych javoch vidíme prejav všemohúceho šírenia!

II.5. Difúzia vo voľnej prírode.

Difúzne procesy sú v súčasnosti dobre preštudované, boli stanovené ich fyzikálne a chemické zákony a sú celkom použiteľné na pohyb molekúl v živom organizme. Difúzia v živých organizmoch je neoddeliteľne spojená s plazmatickou membránou bunky. Preto je potrebné zistiť, ako je usporiadaný a ako vlastnosti jeho štruktúry súvisia s transportom látok v bunke.

Plazmatická membrána (plazmalema, bunková membrána), povrchová, periférna štruktúra obklopujúca protoplazmu rastlinných a živočíšnych buniek, slúži nielen ako mechanická bariéra, ale predovšetkým obmedzuje voľný obojsmerný tok do bunky a z bunky. nízkomolekulových a vysokomolekulárnych látok. Navyše plazmalema pôsobí ako štruktúra, ktorá „rozpoznáva“ rôzne chemických látok a reguláciu selektívneho transportu týchto látok do bunky

Vonkajší povrch plazmatickej membrány je pokrytý voľnou vláknitou vrstvou látky s hrúbkou 3-4 nm - glykokalyxou. Pozostáva z vetviacich reťazcov komplexných sacharidov membránových integrálnych bielkovín, medzi ktorými sa môžu nachádzať bunkou izolované zlúčeniny bielkovín s cukrami a bielkovín s tukmi. Okamžite sa nájdu niektoré bunkové enzýmy, ktoré sa podieľajú na extracelulárnom rozklade látok (extracelulárne trávenie, napríklad v črevnom epiteli).

Pretože vnútro lipidovej vrstvy je hydrofóbne, poskytuje prakticky nepreniknuteľnú bariéru pre väčšinu polárnych molekúl. Prítomnosťou tejto bariéry je zabránené úniku obsahu buniek, avšak kvôli tomu bola bunka nútená vytvoriť špeciálne mechanizmy na transport vo vode rozpustných látok cez membránu.

Plazmatická membrána, podobne ako iné lipoproteínové bunkové membrány, je semipermeabilná. Voda a plyny v nej rozpustené majú maximálnu penetračnú silu. Transport iónov môže prebiehať pozdĺž koncentračného gradientu, teda pasívne, bez spotreby energie. V tomto prípade niektoré membránové transportné proteíny tvoria molekulárne komplexy, kanály, cez ktoré ióny prechádzajú cez membránu jednoduchou difúziou. V iných prípadoch sa špeciálne membránové nosné proteíny selektívne viažu na jeden alebo druhý ión a transportujú ho cez membránu. Tento typ prenosu sa nazýva aktívny transport a uskutočňuje sa pomocou proteínových iónových púmp. Napríklad, keď čerpací systém K-Na spotrebuje 1 molekulu ATP, pumpuje 3 Na ióny z bunky v jednom cykle a pumpuje 2 K ióny proti koncentračnému gradientu. V kombinácii s aktívnym transportom iónov prenikajú cez plazmalemu rôzne cukry, nukleotidy a aminokyseliny. Makromolekuly, ako sú bielkoviny, cez membránu neprechádzajú. Tie, ako aj väčšie častice látky, sú transportované do bunky endocytózou. Počas endocytózy sa určitý úsek plazmalemy zachytí, obalí extracelulárny materiál a uzavrie ho do membránovej vakuoly. Táto vakuola – endozóm – sa spája v cytoplazme s primárnym lyzozómom a dochádza k štiepeniu zachyteného materiálu. Endocytóza sa formálne delí na fagocytózu (absorpcia veľkých častíc bunkou) a pinocytózu (absorpcia roztokov). Plazmatická membrána sa tiež podieľa na odstraňovaní látok z bunky pomocou exocytózy, čo je proces, ktorý je opačný ako endocytóza.

Pre živé organizmy je dôležitá najmä difúzia iónov vo vodných roztokoch. Rovnako dôležitá je úloha difúzie pri dýchaní, fotosyntéze a transpirácii rastlín; pri prenose kyslíka zo vzduchu cez steny pľúcnych alveol a jeho vstupe do krvi ľudí a zvierat. Difúzia molekulárnych iónov cez membrány sa uskutočňuje pomocou elektrického potenciálu vo vnútri bunky. Membrány, ktoré majú selektívnu priepustnosť, zohrávajú úlohu colnice pri pohybe tovaru cez hranicu: niektoré látky prechádzajú, iné oneskorujú a iné sú vo všeobecnosti „vytlačené“ z bunky. Úloha membrán v živote buniek je veľmi veľká. Umierajúca bunka stráca kontrolu nad schopnosťou regulovať koncentráciu látok cez membránu. Prvým znakom bunkovej smrti je začiatok zmien v permeabilite a zlyhanie jej vonkajšej membrány.

Okrem klasického transportu - kinetický proces prenosu častíc hmoty pôsobením gradientov elektrického resp chemický potenciál, teplota alebo tlak - aktívny transport prebieha aj v bunkových procesoch - pohyb molekúl a iónov proti koncentračnému gradientu látok. Tento difúzny mechanizmus sa nazýva osmóza. (Prvýkrát osmózu pozoroval A. Nolle v roku 1748, no so štúdiom tohto javu sa začalo až o storočie neskôr.) Tento proces sa uskutočňuje v dôsledku rozdielneho osmotického tlaku vo vodnom roztoku na rôznych stranách biologická membrána Voda často voľne prechádza osmózou cez membránu, ale táto membrána môže byť nepriepustná pre látky rozpustené vo vode. Je zvláštne, že voda tečie proti difúzii tejto látky, ale poslúcha bežný zákon koncentračný gradient (v tomto prípade voda).

Preto má voda tendenciu prechádzať zo zriedenejšieho roztoku, kde je jej koncentrácia vyššia, do koncentrovanejšieho roztoku látky, v ktorom je koncentrácia vody nižšia. Keďže bunka nemôže priamo nasávať a odčerpávať vodu, robí to pomocou osmózy, pričom mení koncentráciu rozpustených látok v nej. Osmóza vyrovnáva koncentráciu roztoku na oboch stranách membrány. Od osmotického tlaku roztokov látok na oboch stranách bunkovej membrány a elasticity bunkovej membrány závisí stresový stav bunková membrána, ktorá sa nazýva turgorový tlak (turgor – z lat. turgere – byť opuchnutý, naplnený). Zvyčajne je elasticita membrán živočíšnych buniek (okrem niektorých črevných) nízka, nemajú vysoký turgorový tlak a zostávajú neporušené iba v izotonických roztokoch alebo takých, ktoré sa od izotonických málo líšia (rozdiel medzi vnútorným tlakom a vonkajším tlakom je menší ako 0,5 -1:00 ráno). V živých rastlinných bunkách je vnútorný tlak vždy väčší ako vonkajší tlak, avšak v dôsledku prítomnosti celulózovej bunkovej steny nedochádza k pretrhnutiu bunkovej membrány. Rozdiel medzi vnútornými a vonkajšími tlakmi v rastlinách (napríklad v rastlinách halofytov - milujúca soľ, huby) dosahuje 50-100 hod. Ale aj tak miera bezpečnosti rastlinná bunka je 60-70%. Vo väčšine rastlín relatívne predĺženie bunkovej membrány v dôsledku turgoru nepresahuje 5-10% a tlak turgoru leží v rozmedzí 5-10 hodín. Vďaka turgoru majú rastlinné tkanivá elasticitu a štrukturálnu pevnosť. (Experimenty č. 3, č. 4 to potvrdzujú). Všetky procesy autolýzy (sebadeštrukcia), vädnutia a starnutia sú sprevádzané poklesom tlaku turgoru.

Vzhľadom na difúziu v živej prírode nemožno nespomenúť absorpciu. Absorpcia je proces prijímania rôznych látok z prostredia cez bunkové membrány do buniek a cez ne - do vnútorného prostredia tela. V rastlinách ide o proces absorbovania vody s látkami rozpustenými v nej koreňmi a listami osmózou a difúziou; u bezstavovcov - z prostredia alebo dutinovej tekutiny. V primitívnych organizmoch sa absorpcia uskutočňuje pomocou pino- a fagocytózy. U stavovcov môže k absorpcii dochádzať ako z brušných orgánov - pľúc, maternice, močového mechúra, tak aj z povrchu kože, z povrchu rany atď. Prchavé plyny a výpary sú absorbované kožou.

Najväčší fyziologický význam má vstrebávanie v gastrointestinálnom trakte, ku ktorému dochádza najmä v tenkom čreve. Pre efektívny transport látok je dôležitý najmä veľký povrch čreva a neustále vysoký prietok krvi v sliznici, vďaka čomu sa zachováva vysoký koncentračný gradient absorbovaných zlúčenín. U ľudí je mezenterický prietok krvi počas jedla asi 400 ml / min a vo výške trávenia - až 750 ml / min, pričom hlavným podielom (až 80%) je prietok krvi v sliznici tráviace orgány. Vďaka prítomnosti štruktúr, ktoré zväčšujú povrch sliznice - kruhové záhyby, klky, mikroklky, celková plocha sacieho povrchu ľudského čreva dosahuje 200 m2.

Voda a roztoky solí môžu difundovať po oboch stranách črevnej steny, a to v tenkom aj hrubom čreve. K ich absorpcii dochádza najmä v horných častiach tenkého čreva. Veľký význam v tenkom čreve má transport iónov Na +, vďaka čomu vznikajú najmä elektrické a osmotické gradienty. K absorpcii iónov Na + dochádza v dôsledku aktívnych aj pasívnych mechanizmov.

Ak by bunka nemala systémy na reguláciu osmotického tlaku, potom by koncentrácia rozpustených látok v nej bola väčšia ako ich vonkajšie koncentrácie. Potom by bola koncentrácia vody v bunke menšia ako jej koncentrácia vonku. V dôsledku toho by dochádzalo k neustálemu prílevu vody do bunky a jej prasknutiu. Našťastie živočíšne bunky a baktérie kontrolujú osmotický tlak vo svojich bunkách aktívnym odčerpávaním anorganických iónov, ako je Na. Preto je ich celková koncentrácia vo vnútri bunky nižšia ako vonku. Napríklad obojživelníky trávia podstatnú časť času vo vode a obsah soli v krvi a lymfe je vyšší ako v sladkej vode. Obojživelníky neustále absorbujú vodu cez pokožku. Preto produkujú veľa moču. Napríklad žaba, ak má kloaku obviazanú, nafúkne sa ako guľa. Naopak, ak sa obojživelník dostane do slanej morskej vody, dehydratuje sa a veľmi rýchlo uhynie. Preto sú moria a oceány pre obojživelníky neprekonateľnou bariérou. Rastlinné bunky majú pevné steny, ktoré bránia ich opuchu. Mnoho prvokov sa vyhýba prasknutiu z prichádzajúcej vody pomocou špeciálnych mechanizmov, ktoré pravidelne vytláčajú prichádzajúcu vodu.

Bunka je teda otvorený termodynamický systém, ktorý si s okolím vymieňa hmotu a energiu, no zachováva určitú stálosť vnútorného prostredia. Tieto dve vlastnosti samoregulačného systému - otvorenosť a stálosť - sa vykonávajú súčasne a metabolizmus (metabolizmus) je zodpovedný za stálosť bunky. Metabolizmus je regulátor, ktorý prispieva k zachovaniu systému, poskytuje primeranú reakciu na vplyvy prostredia. Preto nevyhnutná podmienka metabolizmus je dráždivosť živého systému na všetkých úrovniach, ktorá zároveň pôsobí ako faktor konzistencie a celistvosti systému.

Membrány môžu meniť svoju priepustnosť vplyvom chemikálií a fyzikálne faktory, a to aj v dôsledku depolarizácie membrány počas prechodu elektrického impulzu cez systém neurónov a dopadu naň.

Neurón je segment nervového vlákna. Ak na jeden koniec pôsobí dráždivá látka, dôjde k elektrickému impulzu. Jeho hodnota je pre ľudské svalové bunky asi 0,01 V a šíri sa rýchlosťou asi 4 m/s. Keď impulz dosiahne synapsiu - spojenie neurónov, ktoré možno považovať za akési relé, ktoré prenáša signál z jedného neurónu na druhý, potom sa elektrický impulz premení na chemický impulz uvoľnením neurotransmiterov - špecifických intermediárnych látok . Keď molekuly takéhoto mediátora vstúpia do medzery medzi neurónmi, neurotransmiter dosiahne koniec medzery difúziou a excituje nasledujúci neurón.

Neurón však reaguje len vtedy, ak sú na jeho povrchu špeciálne molekuly – receptory, ktoré dokážu viazať len tento mediátor a na iný nereagujú. K tomu dochádza nielen na membráne, ale aj v akomkoľvek orgáne, ako je sval, čo spôsobuje jeho kontrakciu. Impulzné signály cez synapsie môžu inhibovať alebo zosilňovať prenos iných, a preto neuróny vykonávajú logické funkcie („a“, „alebo“), čo do určitej miery poslúžilo N. Wienerovi ako dôvod domnievať sa, že výpočtové procesy v mozog živého organizmu a v počítači majú v podstate rovnaký vzorec. Potom informačný prístup umožňuje jednotným spôsobom opísať neživú a živú prírodu.

Samotný proces pôsobenia signálu na membránu spočíva v zmene jej vysokého elektrického odporu, pretože potenciálny rozdiel na nej je tiež rádovo 0,01 V. Zníženie odporu vedie k zvýšeniu impulzu elektrického prúdu a vzruch sa prenáša ďalej vo forme nervový impulz, pričom sa mení možnosť prechodu určitých iónov cez membránu. Informácie v tele sa teda môžu prenášať v kombinácii chemickými a fyzikálnymi mechanizmami, čo zaisťuje spoľahlivosť a rozmanitosť kanálov na ich prenos a spracovanie v živom systéme.

S procesmi bunkového dýchania, keď sa bunky tvoria v mitochondriách molekuly ATP, ktorý mu dodáva potrebnú energiu, spolu procesy bežného dýchania živého organizmu, ktoré vyžadujú kyslík O2, získaný v dôsledku fotosyntézy, úzko súvisia. Mechanizmy týchto procesov sú tiež založené na zákonoch difúzie. V podstate ide o materiálne a energetické zložky, ktoré sú nevyhnutné pre živý organizmus. Fotosyntéza je proces ukladania slnečnej energie vytváraním nových väzieb v molekulách syntetizovaných látok. Východiskové materiály pre fotosyntézu sú voda H 2 O a oxid uhličitý CO 2 . Tieto jednoduché anorganické zlúčeniny tvoria komplexnejšie, energeticky bohatšie živiny. Ako vedľajší produkt, ale pre nás veľmi dôležitý, vzniká molekulárny kyslík O 2 . Príkladom je reakcia, ku ktorej dochádza v dôsledku absorpcie svetelných kvánt a prítomnosti chlorofylového pigmentu obsiahnutého v chloroplastoch.

Výsledkom je jedna molekula cukru C6H12O6 a šesť molekúl kyslíka O2. Proces prebieha v etapách, najprv v štádiu fotolýzy sa štiepením vody tvorí vodík a kyslík a potom vodík, ktorý sa spája s oxidom uhličitým, tvorí sacharid - cukor C6H12O6. Fotosyntéza je v podstate premena žiarivej energie Slnka na energiu chemických väzieb vznikajúcich organických látok. Tou je teda fotosyntéza, ktorá vo svetle produkuje kyslík O 2 biologický proces ktorý poskytuje živým organizmom voľná energia. Proces normálneho dýchania ako metabolický proces v tele spojený so spotrebou kyslíka je opakom procesu fotosyntézy. Oba tieto procesy môžu prebiehať v nasledujúcom reťazci:

solárna energia(fotosyntéza)

živiny + (dych)

Energia chemických väzieb.

konečných produktov dýchanie slúži ako východiskový materiál pre fotosyntézu. Do kolobehu látok na Zemi sa teda zapájajú procesy fotosyntézy a dýchania. Časť slnečného žiarenia pohlcujú rastliny a niektoré organizmy, ktoré, ako už vieme, sú autotrofy, t.j. samokŕmenie (potrava pre nich - slnečné svetlo). Počas fotosyntézy sa autotrofy viažu oxid uhličitý atmosférou a vodou, tvoriace až 150 miliárd ton organických látok, asimilujúcich až 300 miliárd ton CO 2 a emitujú približne 200 miliárd ton voľného kyslíka O 2 ročne.

Prijaté organickej hmoty sa používajú ako potrava ľuďmi a bylinožravcami, ktoré sa zase živia inými heterotrofmi. Rastlinné a živočíšne zvyšky sa potom rozložia na jednoduché anorganické látky, ktorý sa opäť môže podieľať vo forme CO 2 a H 2 O na fotosyntéze. Časť výslednej energie, vrátane energie uloženej vo forme fosílnych energetických palív, sa využíva na spotrebu živými organizmami, časť sa zbytočne rozptýli v životné prostredie. Preto je proces fotosyntézy, vzhľadom na možnosť poskytnúť im potrebnú energiu a kyslík, v určitom štádiu vývoja biosféry Zeme katalyzátorom evolúcie živých organizmov.

Difúzne procesy sú základom metabolizmu v bunke, čo znamená, že s ich pomocou sa tieto procesy uskutočňujú na úrovni orgánov. Takto prebiehajú absorpčné procesy v koreňových vláskoch rastlín, črevách zvierat a ľudí; výmena plynov v prieduchoch rastlín, pľúcach a tkanivách ľudí a zvierat, vylučovacie procesy.

Biológovia sa zaoberajú štruktúrou a štúdiom buniek už viac ako 150 rokov, počnúc Schleidenom, Schwannom, Purime a Virchowom, ktorí v roku 1855 stanovili mechanizmus rastu buniek ich delením. Zistilo sa, že každý organizmus sa vyvíja z jednej bunky, ktorá sa začína deliť a v dôsledku toho vzniká veľa buniek, ktoré sa od seba výrazne líšia. Ale keďže vývoj organizmu pôvodne začal rozdelením prvej bunky, v jednej z fáz nášho životného cyklu si zachovávame podobnosť s veľmi vzdialeným jednobunkovým predkom a dá sa žartom povedať, že sme skôr potomkami améba než z opice.

Z buniek sa tvoria orgány a bunková sústava nadobúda také vlastnosti, ktoré jej základné prvky nemajú, t.j. jednotlivé bunky. Tieto rozdiely sú spôsobené súborom proteínov syntetizovaných touto bunkou. Existujú svalové bunky, nervové bunky, krvinky (erytrocyty), epitelové a iné, v závislosti od ich funkčnosti. K diferenciácii buniek dochádza postupne počas vývoja organizmu. V procese delenia buniek, ich života a smrti, dochádza k nepretržitej výmene buniek počas celého života organizmu.

Žiadna molekula v našom tele nezostane rovnaká dlhšie ako niekoľko týždňov alebo mesiacov. Počas tejto doby sa molekuly syntetizujú, plnia svoju úlohu v živote bunky, sú zničené a nahradené inými, viac-menej identickými molekulami. Najúžasnejšie na tom je, že živé organizmy ako celok sú oveľa stálejšie ako molekuly, z ktorých sa skladajú, a štruktúra buniek a celého tela pozostávajúceho z týchto buniek zostáva v tomto neustálom cykle nezmenená, napriek výmene jednotlivých zložiek.

Navyše nejde o výmenu jednotlivých dielov auta, ale, ako S. Rose obrazne porovnáva, karosériu s murovanou stavbou, „z ktorej bláznivý murár priebežne v noci a vo dne vyťahuje jednu tehlu za druhou a vkladá nové tie na ich mieste. Vonkajší vzhľad budovy zároveň zostáva zachovaný a materiál sa neustále vymieňa. S niektorými neurónmi a bunkami sa rodíme a s inými zomierame. Príkladom je vedomie, chápanie a vnímanie dieťaťa a starého človeka. Všetky bunky sú kompletné genetická informácia vybudovať všetky bielkoviny daného organizmu. Ukladanie a prenos dedičných informácií sa uskutočňuje pomocou bunkového jadra.

Záver: Nie je možné zveličovať úlohu permeability plazmatickej membrány vo vitálnej aktivite bunky. Väčšina procesov spojených s poskytovaním energie bunke, prijímaním produktov a zbavovaním sa produktov rozpadu je založená na zákonoch difúzie cez túto polopriepustnú živú bariéru.

Osmóza- vlastne jednoduchá difúzia vody z miest s vyššou koncentráciou vody do miest s nižšou koncentráciou vody.

Pasívna doprava- ide o presun látok z miest s veľkou hodnotou elektrochemického potenciálu do miest s jeho nižšou hodnotou. Prenos malých molekúl rozpustných vo vode sa uskutočňuje pomocou špeciálnych transportných proteínov. Ide o špeciálne transmembránové proteíny, z ktorých každý je zodpovedný za transport určitých molekúl alebo skupín príbuzných molekúl.

Často je potrebné zabezpečiť, aby boli molekuly transportované cez membránu proti ich elektrochemickému gradientu. Takýto proces sa nazýva aktívny transport a uskutočňujú ho nosné proteíny, ktorých činnosť si vyžaduje energetický výdaj. Ak je nosný proteín spojený so zdrojom energie, možno získať mechanizmus, ktorý zabezpečí aktívny transport látok cez membránu.

II.6. Aplikácia difúzie.

Človek využíva difúzne javy už od pradávna. Varenie a vykurovanie domácnosti sú spojené s týmto procesom. S difúziou sa stretávame pri tepelnom spracovaní kovov (zváranie, spájkovanie, rezanie, povlakovanie a pod.); nanášanie tenkej vrstvy kovov na povrch kovových výrobkov na zvýšenie chemickej odolnosti, pevnosti, tvrdosti dielov a zariadení alebo na ochranné a dekoratívne účely (zinkovanie, chrómovanie, niklovanie).

Prírodný horľavý plyn, ktorý doma používame na varenie, je bez farby a bez zápachu. Preto by bolo ťažké okamžite spozorovať únik plynu. A v prípade úniku v dôsledku difúzie sa plyn šíri po celej miestnosti. Medzitým sa pri určitom pomere plynu a vzduchu v uzavretej miestnosti vytvorí zmes, ktorá môže vybuchnúť napríklad zo zapálenej zápalky. Plyn môže spôsobiť aj otravu.

Aby bol prúd plynu do miestnosti zreteľný, na distribučných staniciach sa horľavý plyn predmieša so špeciálnymi látkami, ktoré majú ostrý nepríjemný zápach, ktorý človek ľahko cíti aj pri veľmi nízkej koncentrácii. Toto opatrenie vám umožňuje rýchlo si všimnúť nahromadenie plynu v miestnosti, ak dôjde k úniku.

V modernom priemysle sa používa vákuové tvarovanie, spôsob výroby výrobkov z termoplastov. Produkt požadovanej konfigurácie sa získa v dôsledku tlakového rozdielu, ku ktorému dochádza v dôsledku riedenia v dutine formy, na ktorej je plech pripevnený. Používa sa napríklad pri výrobe nádob, častí chladničiek, kufríkov na prístroje. Vďaka difúzii týmto spôsobom je možné zvárať niečo, čo sa samo zvárať nedá (kov so sklom, sklo a keramika, kovy a keramika a mnohé ďalšie).

Vďaka difúzii rôznych izotopov uránu cez porézne membrány sa získalo palivo pre jadrové reaktory. Niekedy sa jadrové palivo nazýva jadrové palivo.

K absorpcii (resorpcii) látok pri ich zavádzaní do podkožia, do svalov alebo pri aplikácii na sliznicu oka, nosa, kože zvukovodu dochádza najmä difúziou. To je základ pre použitie mnohých liečivých látok a vstrebávanie vo svaloch prebieha rýchlejšie ako v koži.

Ľudová múdrosť hovorí: "kosiť kosu až do rosy." Povedz mi, čo s tým má spoločné difúzia a ranné kosenie? Vysvetlenie je veľmi jednoduché. Trávy majú pri rannej rose zvýšený tlak turgoru, otvorené prieduchy, elastické steblá, čo uľahčuje ich kosenie (tráva pokosená so zatvorenými prieduchmi horšie vysychá).

V záhradníctve sa pri pučaní a štepení rastlín na rezy v dôsledku difúzie vytvára kalus (z lat. Callus - kukurica) - ranové tkanivo vo forme prítoku v miestach poškodenia a podporuje ich hojenie, zabezpečuje splynutie vrúble s podpníkom.

Kalus sa používa na získanie kultúry izolovaných tkanív (explantácia). Ide o metódu dlhodobej konzervácie a kultivácie buniek, tkanív, malých orgánov alebo ich častí izolovaných z tela ľudí, zvierat a rastlín v špeciálnych živných médiách. Je založená na metódach pestovania kultúry mikroorganizmov, ktoré zabezpečujú asepsu, výživu, výmenu plynov a odstraňovanie produktov látkovej premeny kultivovaných predmetov. Jednou z výhod metódy tkanivovej kultúry je možnosť pozorovať životnú aktivitu buniek pomocou mikroskopu. Na tento účel sa rastlinné tkanivo pestuje na živných médiách obsahujúcich auxíny a cytokiníny. Kalus sa zvyčajne skladá zo slabo diferencovaných homogénnych buniek vzdelávacieho tkaniva, ale so zmenou podmienok rastu je v ňom možný predovšetkým obsah fytohormónov v živnom médiu, tvorba floému, xylému a iných tkanív, ako aj vývoj rôznych orgánov a celej rastliny.

II.7. Návrh jednotlivých experimentov.

Použitím vedeckej literatúry, pokúsil som sa zopakovať pre mňa najzaujímavejšie experimenty. Mechanizmus difúzie a výsledky týchto experimentov som znázornil v prezentácii vo forme animačných modelov.

SKÚSENOSTI 1. Vezmite dve skúmavky: jednu polovicu naplnenú vodou a druhú polovicu naplnenú pieskom. Nalejte vodu do skúmavky s pieskom. Objem zmesi vody a piesku v skúmavke je menší ako súčet objemov vody a piesku.

SKÚSENOSTI 2. Do polovice naplňte dlhú sklenenú trubicu vodou a na vrch nalejte farebný alkohol. Celkovú hladinu kvapalín v trubici označte gumeným krúžkom. Po zmiešaní vody a alkoholu sa objem zmesi zmenší.

(Experimenty 1 a 2. dokazujú, že medzi časticami hmoty sú medzery; pri difúzii sa zapĺňajú časticami hmoty - mimozemšťana.)

SKÚSENOSTI 3. Vatu navlhčenú čpavkom uvedieme do kontaktu s vatou navlhčenou indikátorom fenolftaleínu. Farbenie rúna pozorujeme v malinovej farbe.

Teraz sa vatový tampón navlhčený v amoniaku umiestni na dno sklenenej nádoby a navlhčí sa fenolftaleínom. Priložíme na veko a prikryjeme sklenenú nádobu týmto vekom. Po určitom čase sa vata navlhčená fenolftaleínom začne farbiť.

V dôsledku interakcie s amoniakom sa fenolftaleín stáva karmínovým, čo sme pozorovali pri kontakte vaty. Ale prečo potom v druhom prípade vata navlhčená fenolftaleínom. Tiež sa to farbí, pretože teraz sa rúno nedostalo do kontaktu? Odpoveď: nepretržitý chaotický pohyb častíc hmoty.

SKÚSENOSTI 4. Pozdĺž steny vo vnútri vysokej valcovej nádoby spustite úzky pásik filtračného papiera impregnovaného zmesou škrobovej pasty s roztokom fenolftaleínového indikátora. Na dno nádoby umiestnite kryštály jódu. Nádobu pevne uzavrite vekom, na ktorom je zavesená vata namočená v roztoku amoniaku.

V dôsledku interakcie jódu so škrobom sa na pásiku papiera objaví modrofialová farba. Zároveň sa smerom nadol šíri karmínová farba – dôkaz pohybu molekúl amoniaku. Po niekoľkých minútach sa hranice farebných plôch papiera stretnú a následne sa modrá a karmínová farba zmiešajú, čiže dochádza k difúzii.[ 10]

SKÚSENOSTI 5.(strávia spolu) Vezmite hodiny so sekundovou ručičkou, meter, fľašu toaletnej vody a postavte sa do rôznych kútov miestnosti. Jeden si všimne čas a otvorí fľaštičku. Ďalší si všimne čas, keď cíti vôňu toaletnej vody. Meraním vzdialenosti medzi experimentátormi zistíme rýchlosť difúzie. Pre presnosť sa experiment opakuje 3-4 krát a zistí sa priemerná hodnota rýchlosti. Ak je vzdialenosť medzi experimentátormi 5 metrov, potom je zápach cítiť po 12 minútach. To znamená, že rýchlosť difúzie je v tomto prípade 2,4 m/min.

SKÚSENOSTI 6. STANOVENIE VISKOZITY PLAZMY METÓDOU PLAZMOlýzy (podľa P.A. Genkel).

rýchlosť dopredu konvexná plazmolýza v rastlinných bunkách, keď sú ošetrené hypertanickým roztokom, závisí od viskozity cytoplazmy; čím nižšia je viskozita cytoplazmy, tým skôr sa konkávna plazmolýza zmení na konvexnú. Viskozita cytoplazmy závisí od stupňa disperzie koloidných častíc a ich hydratácie, od obsahu vody v bunke, od veku buniek a ďalších faktorov.

Pokrok. Urobte tenký rez epidermis z listu aloe alebo odlúpnite epidermis z mäkkých cibuľových šupín. Pripravené rezy sa farbia v hodinovom sklíčku 10 minút v roztoku neutrálnej červene v koncentrácii 1:5000. Potom sa rezy predmetu umiestnia na podložné sklíčko do kvapky sacharózy v nízkej koncentrácii a prikryjú sa jedným krycím sklíčkom. Pod mikroskopom sa zaznamená stav plazmolýzy. Po prvé, v bunkách je zaznamenaná konkávna plazmolýza. V budúcnosti sa táto forma buď zachová, alebo jednou alebo druhou rýchlosťou prejde do konvexnej formy. Je dôležité si všimnúť čas prechodu z konkávnej plazmolýzy na konvexnú. Časový interval, počas ktorého sa konkávna plazmolýza zmení na konvexnú, je indikátorom stupňa viskozity protoplazmy. Čím dlhší je čas prechodu do konvexnej plazmolýzy, tým väčšia je viskozita plazmy. Plazmolýza v cibuľových bunkách začína rýchlejšie ako v šupke aloe. To znamená, že cytoplazma buniek aloe je viskóznejšia.

SKÚSENOSTI 7. Plazmolýza. DEPLASMOLYSIS. PRENIKNUTIE LÁTOK DO VAKUOLY [2]

Niektoré organické látky rýchlo prenikajú do vakuoly. V bunkách, keď sú držané v roztokoch takýchto látok, sa plazmolýza pomerne rýchlo stráca a dochádza k deplazmolýze.

Deplazmolýza je obnovenie turgoru v bunkách(t.j. opak plazmolýzy).

Pokrok. Rezy hornej epidermy natretých cibuľových šupín (konkávna strana) sa umiestnia do kvapky 1 M roztoku močoviny alebo glycerínového hnojiva pre rastliny priamo na podložné sklíčko, zakryté krycím sklíčkom. Po 15-30 minútach sa predmety skúmajú pod mikroskopom. Plazmolyzované bunky sú jasne viditeľné. Rezy nechajte v kvapke roztoku ďalších 30-40 minút. Potom sa znova skúmajú pod mikroskopom a pozoruje sa deplazmolýza - obnovenie turgoru.

Záver : Rastliny nedokážu presne kontrolovať množstvo chemikálií vstupujúcich a vystupujúcich z buniek.

III. Záver.

Zákony difúzie podliehajú procesom fyzikálnych a chemických pohybov prvkov v zemskom vnútri a vo vesmíre, ako aj procesom životnej činnosti buniek a tkanív živých organizmov. Difúzia zohráva dôležitú úlohu v rôznych oblastiach vedy a techniky, v procesoch prebiehajúcich v živej i neživej prírode. Difúzia ovplyvňuje tok mnohých chemické reakcie, ako aj mnohé fyzikálne a chemické procesy a javy: membrána, vyparovanie, kondenzácia, kryštalizácia, rozpúšťanie, napučiavanie, horenie, katalytické, chromatografické, luminiscenčné, elektrické a optické v polovodičoch, moderovanie neutrónov v jadrových reaktoroch atď. Difúzia má veľký význam pri tvorbe dvojitej elektrickej vrstvy na fázových hraniciach, difúzioforéze a elektroforéze, pri fotografických procesoch pre rýchle získavanie obrazu a pod. Difúzia je základom mnohých bežných technických operácií: práškové spekanie, chemicko-tepelné spracovanie kovov, metalizácia a zváranie materiálov, činenie koží a kožušín, farbenie vlákien, pohyb plynov pomocou difúznych čerpadiel. Úloha difúzie sa výrazne zvýšila v dôsledku potreby vytvárať materiály s vopred určenými vlastnosťami pre rozvíjajúce sa oblasti techniky (jadrová energia, kozmonautika, radiačné a plazmovo-chemické procesy atď.). Znalosť zákonov, ktorými sa riadi difúzia, umožňuje predchádzať nežiaducim zmenám vo výrobkoch, ku ktorým dochádza pod vplyvom vysokého zaťaženia a teplôt, ožiarenia a oveľa viac ...

Aký by bol svet bez šírenia? Zastavte tepelný pohyb častíc - a všetko okolo bude mŕtve!

Vo svojej práci som zhrnul zozbieraný materiál k téme abstraktu a na jeho obhajobu pripravil prezentáciu urobenú v editore Power Point. Táto prezentácia bude podľa môjho názoru schopná diverzifikovať materiál lekcie na túto tému. Niektoré experimenty opísané v literatúre som zopakoval a mierne upravil. Najzaujímavejšie príklady difúzie sú prezentované na prezentačných snímkach v animačných modeloch.

IV. Použité knihy:

1. V. F. Antonov, A. M. Chernysh, V. I. Pasechnik a kol., Biofyzika.

M., Arktos-Vika-press, 1996

2. Afanasiev Yu.I., Yurina N.A., Kotovsky E.F. atď. Histológia.

M. Medicine, 1999.

3. Alberts B., Bray D., Lewis J. a kol. Molekulárna biológia bunky.

V 3 zväzkoch. Zväzok 1. M., Mir, 1994.

4. Veľká encyklopédia Cyrila a Metoda 2006

5. Varikash V.M. a iné.Fyzika vo voľnej prírode. Minsk, 1984.

6. Demjankov E.N. Úlohy z biológie. M. Vladoš, 2004.

7. Nikolaev N.I. Difúzia v membránach. M. Chemistry, 1980, str

8. Peryshkin A.V. fyzika. 7. M. Drop, 2004.

9. Fyzické encyklopedický slovník, M., 1983, str. 174-175, 652, 754

10. Šablovský V. Zábavná fyzika. Petrohrad, "trigon" 1997, s.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" Kategórie: Javy na atómovej úrovni | Termodynamické javy | Prenosové javy | Difúzia

Lekcia na všeobecná biológia

Téma lekcie: Difúzia je základom života

Typ školenia: integrovaná lekcia(podľa klasifikácie T.I. Shamova)

Úlohy lekcie:

1. Vzdelávací aspekt - formovanie poznatkov o stavbe, vlastnostiach a funkciách vnútornej vrstvy bunkovej membrány - plazmatickej membrány (a na jej príklade iných bunkových membrán), vývoj konceptu korešpondencie štruktúre k vykonávaným funkciám.

2. Rozvojový aspekt - aktivizovať myslenie žiakov, schopnosť porovnávať, analyzovať, schopnosť samostatne formulovať závery, podporovať rozvoj logického myslenia, kognitívna aktivitaštudentov.

3. Vzdelávacie hľadisko - zvyšovanie motivácie k štúdiu biológie, zvyšovanie záujmu o predmety prírodovedného cyklu, využívaním rôznych metód činnosti ukázať, že poznanie vlastností živého organizmu je možné len integráciou poznatkov. získané rôznymi vedami.

Počas vyučovania

1. Organizačný moment

Príprava žiakov na prácu v triede: pozdrav, pozitívny psychologický postoj k práci, organizácia pozornosti pre všetkých žiakov.

učiteľ. Dobré popoludnie, milí študenti! Rád sa s vami stretnem a teším sa na vašu pomoc a spoluprácu na lekcii. Podávam vám košík mandarínok a pozývam vás na spoločnú prácu. Ak prijmete moju ponuku, otvorte dlane smerom ku mne a ak nie, odvráťte ich odo mňa. Je potešením pozerať sa na tieto plody, svetlé „oranžové gule“ nám dávajú pocit radosti, potešenia a eufórie!

2. Motivácia študentov

Ako epigraf našej hodiny som zvolil slová maďarského rádiochemika D. Hevesyho: (1. snímka prezentácie)

otázka: Ako rozumiete týmto slovám?

Úvahy študentov

Organizácia práce žiakov na novú tému

2. Recepcia "Kôš nápadov"

Vyzve študentov, aby vyčistili mandarínku.

Otázka: Čo sa zmenilo v publiku?

Otázka: Prečo sa to stalo?

Učiteľ vkladá odpovede žiakov (obrazne) do „koša nápadov“

Otázka: Čo si myslíte, aký fenomén je základom týchto procesov?

Sumarizuje.

Hlavnou podmienkou je neopakovať to, čo už povedali iní.

učiteľ: Prečo sa to deje, čo je dôkazom nepretržitého pohybu molekúl v živej i neživej prírode? Aké procesy sú základom týchto pohybov? Dnes sa o tom s vami porozprávame.

3. Stanovenie cieľa

učiteľ: Vyzýva študentov, aby sformulovali tému hodiny.

Opravuje tému lekcie: "Difúzia je základom života."

Pomáha žiakom s formulovaním účelu vyučovacej hodiny. Účel našej lekcie:dokázať, že difúzia je základom života.

učiteľ: ciele lekcie: rozšíriť vedomosti o štruktúre, vlastnostiach a funkciách cytoplazmatickej membrány, ukázať v tejto lekcii vzťah takých disciplín ako „Fyzika“ a „Biológia“ a dokázať, že difúzia je základom života.

3. Aktualizácia poznatkov.

učiteľ: Materiál témy dnešnej hodiny je založený na vedomostiach, ktoré ste získali skôr pri štúdiu biológie. Na niektoré chvíle s vami si teraz zaspomíname.

Krížovka "Základné bunkové štruktúry"

(2. snímka prezentácie)

učiteľ: Posledné slovo v krížovke je „škrupina“.

otázka: "A aká bunková štruktúra sa nachádza pod škrupinou?"

4. A učenie sa nového materiálu

učiteľ: Pod bunkovou stenou je plazmatická membrána (membrána - koža, film), hraničiaca priamo s cytoplazmou. Hrúbka plazmatickej membrány je asi 10 nm.

učiteľ:

1. Súpravy otázka:"Pamätáš si, aké látky sú súčasťou plazmatickej membrány?"

2. Príbeh o štruktúre plazmatickej membrány (schéma štruktúry membrány je zobrazená na diapozitíve)

(3. snímka prezentácie)

Študenti: Proteíny a lipidy. Sú v dvoch vrstvách.

učiteľ: Molekuly lipidov v plazmatickej membráne sú usporiadané v dvoch radoch a tvoria súvislú vrstvu. Najviac zo všetkého v membránach fosfolipidov obsahujú zvyšok kyseliny fosforečnej. Fosfolipidové molekuly sú usporiadané tak, že hydrofilné "chvosty" sú obrátené dovnútra a hydrofóbne "hlavy" smerujú von, smerom k vode.Okrem lipidov membrána obsahuje proteíny (až 60%). Určujú špecifické funkcie membrány. Molekuly proteínov a lipidov sú mobilné, schopné sa pohybovať hlavne v rovine membrány. Molekuly bielkovín netvoria súvislú vrstvu.

Rozlíšiť:

periférne proteíny- umiestnené na vonkajšom alebo vnútornom povrchu membrány, dokážu konvertovať signály z vonkajšieho a vnútorného prostredia,

semiintegrálne proteíny– ponorené do dvojvrstvy do rôznych hĺbok, podporujúce štruktúru membrány,

transmembránové proteíny- prenikajú cez membránu, v kontakte s vonkajším a vnútorným prostredím bunky, katalyzujú metabolické reakcie, zabezpečujú transport katiónov a aniónov, tvoria póry.

učiteľ: Vlastnosti membrány

Ale predtým, než prejdeme k vlastnostiam membrán, pripomeňme si, čo viete z kurzu fyziky.

otázka: "Čo vysvetľuje z hľadiska fyziky jednu z vlastností kvapaliny - tekutosť?"

otázka: "V akom prípade je tento jav pozorovaný?"

Odpovede: Vysvetľuje sa to vzájomnou príťažlivosťou molekúl kvapaliny. Tento jav sa pozoruje, ak je vzdialenosť medzi molekulami kvapaliny porovnateľná s veľkosťou molekuly.

Vyzve študentov, aby pri vysvetľovaní látky vyplnili schému

(4. snímka prezentácie)

učiteľ: Vlastnosti membrány si vysvetlíme na pokusoch s mydlovou bublinou.

Problémová otázka: "Prečo sme si vzali mydlovú bublinu?"

Ukážka štruktúry mydlovej bubliny.

(5. snímka prezentácie)

učiteľ: odpoveď: Faktom však je, že molekuly mydla a fosfolipidov, ktoré tvoria membrány, majú podobnú štruktúru.

Skúsenosti:Žiak demonštruje prúdenie tekutiny v stene mydlovej bubliny visiacej na plastovej trubici.

Prvou vlastnosťou membrán je pohyblivosť.

Lipidová dvojvrstva je v podstate kvapalná formácia, v ktorej rovine sa molekuly môžu voľne pohybovať - „tečú“ bez straty kontaktov v dôsledku vzájomnej príťažlivosti. Hydrofóbne chvosty sa môžu navzájom voľne posúvať.

Skúsenosti:Žiak demonštruje, ako sa po prepichnutí mydlovej bubliny a následnom odstránení ihly okamžite obnoví celistvosť jej steny.

učiteľ: Druhou vlastnosťou je schopnosť sebauzatvárania.

Vďaka tejto schopnosti sa bunky môžu spájať fúziou svojich plazmatických membrán (napríklad počas vývoja svalového tkaniva). Rovnaký účinok sa pozoruje, keď je bunka rozrezaná na dve časti mikronožom, potom je každá časť obklopená uzavretou plazmatickou membránou.

otázka: "V akom prípade z hľadiska fyziky existuje vzájomná príťažlivosť medzi molekulami?"

odpoveď: vzájomná príťažlivosť sa pozoruje, ak je vzdialenosť medzi molekulami porovnateľná s veľkosťou molekuly, ale ak sa vzdialenosť oveľa zväčší, vzájomná príťažlivosť sa neobjaví.

Videoklip "Uľahčená difúzia"

učiteľ: Po tretie najdôležitejšia vlastnosť membrány sú selektívna priepustnosť. To znamená, že molekuly a ióny ním prechádzajú rôznou rýchlosťou a čím väčšia je veľkosť molekúl, tým pomalšie prechádzajú cez membránu. Táto vlastnosť definuje plazmatickú membránu ako osmotickú bariéru. Voda a plyny v nej rozpustené majú maximálnu penetračnú silu; ióny prechádzajú cez membránu oveľa pomalšie.

učiteľ: Vymenujte vlastnosti membrány:

Študenti odpovedajú: 1. Mobilita. 2. Samozatváranie. 3. Selektívna priepustnosť. (6. snímka prezentácie)

učiteľ: Teraz si trochu oddýchneme.

Minúta telesnej výchovy

učiteľ:

Ukážka skúseností "Pozorovanie plazmolýzy a deplazmolýzy rastlinnej bunky"(videoklip)

otázky:

Čo je plazmolýza?

Aký jav sa nazýva deplazmolýza?

Čo je osmóza?

Robí závery so študentmi.

učiteľ: Záver:

Plazmolýza - oddelenie parietálnej vrstvy cytoplazmy od tvrdého obalu rastlinnej bunky.

DEPLASMOLYSIS

OSMOSIS

Ubezpečili sme sa, že plazmatická membrána má selektívnu permeabilitu

učiteľ: Oparin Alexander Ivanovič povedal, že potom, čo sa objavili membrány ... sa z polievky uvarenej v moriach mohli vytvoriť prvé živé organizmy. Na základe čoho k takémuto tvrdeniu vedec dospel?

Študenti: Membrána oddeľuje bunkový obsah od vonkajšieho prostredia.

učiteľ: Pripomeňme si, aké sú hlavné funkcie bunkovej membrány?

Študenti: 1. Bariéra

2. Doprava

3. Receptor

Videoklip "Funkcie membrány"

učiteľ: Pozrime sa podrobnejšie na transportnú funkciu membrány.

učiteľ: Cvičenie 1. Predstavte si, že ste prišli k stene, k plotu, k prekážke, ktorú musíte prekonať. Ako sa pokúsite dostať dovnútra?

Žiaci sú rozdelení do dvoch skupín, každá skupina dostane list papiera, ktorý je rozdelený zvislou čiarou na dva stĺpce. Skupina má 2 minúty na rozmyslenie. Študenti by mali navrhnúť čo najviac spôsobov prieniku a zapísať ich do ľavého stĺpca hárku.

Reklamná skupinová práca, výsledkom čoho je zoznam každej skupiny doplnený o najúspešnejšie návrhy.

Úloha 2. Predstavte si, že je potrebné prekonať bariéru nie voči osobe, ktorá sa priblížila k plotu alebo múru, ale k látke umiestnenej vedľa živej bunky. Musí sa dostať do cely. Pokúste sa nájsť analógie ku každému zo spôsobov, ktoré ste navrhli na prekonávanie prekážok. Napíšte ich na pravú stranu papiera.

Socializácia v skupinách. Študenti nahlas čítajú spôsoby prieniku do bunky a zaznamenávajú najúspešnejšie analógie iných skupín.

učiteľ: (zhŕňa prácu skupín a vysvetľuje spôsoby transportu cez membránu).

Difúzia

Fragment videa "Difúzia v membráne"

Osmóza je pohyb rozpúšťadla z oblasti s vysokou koncentráciou do oblasti s nižšou koncentráciou.

učiteľ: Pri experimentoch hovoríme o difúzii. Opäť vás vraciam do neživej prírody a žiadam vás, aby ste si zapamätali, čo je difúzia z hľadiska fyziky?

Difúzia Ide o fenomén vzájomného prenikania molekúl jednej látky medzi molekuly druhej.

učiteľ: Aké sú vlastnosti difúzie v živej a neživej prírode? Čo určuje rýchlosť difúzie?

Diskusia študentov, hypotézy

učiteľ: Myslíte si teda, že rýchlosť difúzie závisí od teploty a od stavu agregácie látky? prečo?

Odhadované odpovede študentov

učiteľ: Teraz otestujme vašu hypotézu experimentálne.

Skúsenosti

Vybavenie: 2 poháre s vodou rôznych teplôt, poháre, pipeta, káva

Pokrok:

Nalejte rovnaké množstvo vody, ale s rôznymi teplotami, do dvoch rovnakých sklenených nádob.

Nakvapkajte 2-3 kvapky horúcej a studenej vody na poháre (na rôzne poháre)

Z vrchu položte niekoľko zrniek instantnej kávy.

Sledujte, čo sa deje. (1 – 2 minúty)

Odmerajte čas potrebný na zafarbenie všetkej vody v pohári.

Prebieha v tomto experimente fenomén difúzie? prečo?

Výsledky zapíšte do tabuľky.

číslo skúsenosti

Pohár vody

Čas farbenia

Chladný

horúce

Čo môžete povedať o rýchlosti difúzie v prvej a druhej cieve?

Teraz v oboch nádobách difúzia zahŕňa rovnaké látky, ktoré sú v rovnakých agregovaných stavoch. Takže rýchlosť difúzie musí byť rovnaká? Ale výsledky experimentu ukazujú opak. prečo?

Rýchlosť difúzie sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou, pretože molekuly interagujúcich telies sa začínajú pohybovať rýchlejšie. Toto tvrdenie platí pre látky v akomkoľvek stave agregácie.

Záver: Difúzia sa vyskytuje v kvapalinách a zrýchľuje sa so zvyšujúcou sa teplotou.

5. Primárna kontrola porozumenia preberanému materiálu.

učiteľ: Vracia sa do otázka, na začiatku lekcie: „Povedzte mi, prečo sa vôňa mandarínky, keď sme ju začali lúpať, šírila po publiku?“

otázka:"Aký fyzikálny jav je základom mechanizmu transportu látok do bunky cez cytoplazmatickú membránu?"

Konsolidácia.

Vyzýva študentov na vykonanie testovej úlohy (pomocou multimediálnej prezentácie) na upevnenie preberanej látky.

1. Vyberte hlavné funkcie plazmatickej membrány

a) transport, bariéra, receptor

b) doprava, energia, bariéra

c) dopravné, energetické, katalytické

2. Aké látky obsahuje plazmatická membrána?

a) sacharidy a bielkoviny

b) proteíny a lipidy

c) bielkoviny a nukleových kyselín

3. Aký proces je znázornený na tomto obrázku?

a) osmóza

b) difúzia

c) plazmolýza

4. Aký proces je znázornený na tomto obrázku?

a) plazmolýza

b) deplazmolýza

c) mitóza

5. Obráťme sa na fazuľu ktoré sú na vašich stoloch. Jednu fazuľku sme vopred namočili do horúcej vody, druhá ostala suchá. Myslím, že rozdiel vo veľkosti fazule je viditeľný. Aký proces tu vidíte?

a) plazmolýza

b) osmóza

c) rast

Vzájomné overenie testovej úlohy

7. Analýza

učiteľ: Obráťme sa na epigraf našej lekcie

"Mysliaca myseľ sa necíti šťastná, kým sa jej nepodarí spojiť rozdielne fakty, ktoré pozoruje."

otázka: Myslíte si, že som pre našu hodinu vybral správny epigraf? Vysvetli prečo?

Žiaci diskutujú a odpovedajú na otázku.

učiteľ: Takže Prečo je difúzia základom života?

Študenti: Difúzia má veľký význam v životných procesoch živých predmetov. Difúzia hrá dôležitú úlohu vo výžive rastlín, prenose živiny kyslík u ľudí a zvierat.

učiteľ: "Kde si myslíte, že (v živote, v profesii) budete potrebovať znalosti o difúzii?"

učiteľ: Aký fenomén spája disciplíny „Fyzika“ a „Biológia“ pri štúdiu vlastností a funkcií plazmatickej membrány?

8. Domáce úlohy

Informuje študentov domáca úloha, vysvetľuje realizáciu.

1. Vyriešte slovo "Zmätok písmen".

Prenikanie molekúl jednej látky do medzimolekulových priestorov druhej

Stav hmoty, v ktorom dochádza k difúzii najvyššou rýchlosťou

Difúzia v jednom smere cez polopriepustné membrány

Výsledkom emisií nebezpečných výrobných odpadov do atmosféry a riek

Chaotický……. molekúl vedie k difúzii látok.

Fyzikálna veličina, ktorá urýchľuje proces difúzie

Zavedenie liekov cez kožu pomocou elektrického prúdu.

2. Vytvorte brožúru „Difúzia v mojej profesii“.

3. Vyzdvihnite niekoľko prísloví, v ktorých sa pozoruje fenomén difúzie.

4. Vykonajte experiment.

Prvú a druhú úlohu plnia všetci žiaci.

Tretí a štvrtý - voliteľné.

9. Reflexia

Navrhuje sa, aby študenti „obliekli“ strom mandarínkami:

Ak sa vám lekcia páčila, naučili ste sa veľa nových a zaujímavých vecí, potom je k stromu pripevnená oranžová mandarínka;

Ak lekcia nebola príjemná, bola nudná a nezaujímavá, potom je k stromu pripevnená biela mandarínka.

Vyzýva študentov, aby vymenovali najaktívnejšieho študenta hodiny, tento študent získa kôš mandarínok za aktívnu prácu v integrovanej lekcii „Difúzia je základ života“

Difúzia

Príkladom difúzie je miešanie plynov (napríklad šírenie pachov) alebo kvapalín (ak kvapnete atrament do vody, kvapalina sa po chvíli rovnomerne zafarbí). Ďalší príklad je spojený s pevným telesom: atómy susedných kovov sú zmiešané na hranici kontaktu. Difúzia častíc hrá dôležitú úlohu vo fyzike plazmy.

Zvyčajne sa difúziou rozumejú procesy sprevádzané prenosom hmoty, niekedy sa však difúziou nazývajú aj iné prenosové procesy: tepelná vodivosť, viskózne trenie atď.

Rýchlosť difúzie závisí od mnohých faktorov. Takže v prípade kovovej tyče prebieha tepelná difúzia veľmi rýchlo. Ak je tyč vyrobená zo syntetického materiálu, tepelná difúzia prebieha pomaly. Difúzia molekúl vo všeobecnosti prebieha ešte pomalšie. Napríklad, ak sa kúsok cukru spustí na dno pohára s vodou a voda sa nemieša, bude trvať niekoľko týždňov, kým sa roztok stane homogénnym. Ešte pomalšia je difúzia jednej pevnej látky do druhej. Napríklad, ak je meď pokrytá zlatom, potom dôjde k difúzii zlata do medi, ale za normálnych podmienok (izbová teplota a atmosférický tlak) dosiahne zlatonosná vrstva hrúbku niekoľkých mikrónov až po niekoľkých tisíckach rokov.

Kvantitatívny popis difúznych procesov podal nemecký fyziológ A. Fick ( Angličtina) v roku 1855

všeobecný popis

Všetky typy difúzie sa riadia rovnakými zákonmi. Rýchlosť difúzie je úmerná ploche prierezu vzorky, ako aj rozdielu koncentrácií, teplôt alebo nábojov (v prípade relatívne malých hodnôt týchto parametrov). Teplo sa teda bude šíriť štyrikrát rýchlejšie cez tyč s priemerom dva centimetre ako cez tyč s priemerom jedného centimetra. Toto teplo sa bude šíriť rýchlejšie, ak je rozdiel teplôt na centimeter 10 °C namiesto 5 °C. Rýchlosť difúzie je tiež úmerná parametru charakterizujúcemu konkrétny materiál. V prípade tepelnej difúzie sa tento parameter nazýva tepelná vodivosť, v prípade toku elektrických nábojov - elektrická vodivosť. Množstvo látky, ktoré difunduje za daný čas a vzdialenosť, ktorú difundujúca látka prejde, sú úmerné druhej odmocnine času difúzie.

Difúzia je proces na molekulárnej úrovni a je určený náhodným charakterom pohybu jednotlivých molekúl. Rýchlosť difúzie je teda úmerná priemernej rýchlosti molekúl. V prípade plynov je priemerná rýchlosť malých molekúl väčšia, konkrétne je nepriamo úmerná druhej odmocnine hmotnosti molekuly a zvyšuje sa so zvyšujúcou sa teplotou. Difúzne procesy v pevných látkach pri vysokých teplotách často nachádzajú praktické uplatnenie. Napríklad niektoré typy katódových trubíc (CRT) používajú kovové tórium difundované cez kovový volfrám pri 2000 °C.

Ak je v zmesi plynov hmotnosť jednej molekuly štyrikrát väčšia ako druhej, potom sa takáto molekula pohybuje dvakrát pomalšie v porovnaní s jej pohybom v čistom plyne. V súlade s tým je rýchlosť jeho difúzie tiež nižšia. Tento rozdiel v rýchlosti difúzie medzi ľahkými a ťažkými molekulami sa používa na oddelenie látok s rôznymi molekulovými hmotnosťami. Príkladom je separácia izotopov. Ak plyn obsahujúci dva izotopy prechádza cez poréznu membránu, ľahšie izotopy prenikajú membránou rýchlejšie ako ťažšie. Pre lepšie oddelenie sa proces uskutočňuje v niekoľkých fázach. Tento proces sa široko používa na separáciu izotopov uránu (oddelenie 235 U od väčšiny 238 U). Pretože tento spôsob separácie je energeticky náročný, boli vyvinuté iné, ekonomickejšie separačné metódy. Široko rozvinuté je napríklad použitie tepelnej difúzie v plynnom médiu. Plyn obsahujúci zmes izotopov sa umiestni do komory, v ktorej sa udržiava priestorový teplotný rozdiel (gradient). V tomto prípade sa ťažké izotopy časom koncentrujú v chladnej oblasti.

Fickove rovnice

Z hľadiska termodynamiky je hnacím potenciálom každého nivelačného procesu rast entropie. Pri konštantnom tlaku a teplote zohráva úlohu takéhoto potenciálu chemický potenciál µ , čo spôsobuje udržanie toku hmoty. Tok častíc látky je úmerný gradientu potenciálu

Vo väčšine praktických prípadov sa namiesto chemického potenciálu používa koncentrácia C. Priama výmena µ na C sa stáva nesprávnym v prípade vysokých koncentrácií, pretože chemický potenciál prestáva súvisieť s koncentráciou podľa logaritmického zákona. Ak takéto prípady neberieme do úvahy, vyššie uvedený vzorec možno nahradiť nasledujúcim:

čo ukazuje, že hustota toku hmoty Júmerné difúznemu koeficientu D[()] a koncentračný gradient. Táto rovnica vyjadruje prvý Fickov zákon. Druhý Fickov zákon sa týka priestorových a časových zmien koncentrácie (difúzna rovnica):

Difúzny koeficient D teplotne závislé. V mnohých prípadoch, v širokom teplotnom rozsahu, je táto závislosť Arrheniovou rovnicou.

Ďalšie pole aplikované paralelne s gradientom chemického potenciálu preruší ustálený stav. V tomto prípade sú difúzne procesy opísané nelineárnou Fokker-Planckovou rovnicou. Difúzne procesy majú v prírode veľký význam:

Výživa, dýchanie zvierat a rastlín;
Prenikanie kyslíka z krvi do ľudských tkanív.

Geometrický popis Fickovej rovnice

V druhej Fickovej rovnici je na ľavej strane miera zmeny koncentrácie v čase a na pravej strane rovnice je druhá parciálna derivácia, ktorá vyjadruje priestorové rozloženie koncentrácie, najmä konvexnosť teploty. distribučná funkcia premietnutá na os x.

pozri tiež

Povrchová difúzia je proces spojený s pohybom častíc vyskytujúcich sa na povrchu kondenzovaného telesa v rámci prvej povrchovej vrstvy atómov (molekúl) alebo cez túto vrstvu.

Poznámky

Literatúra

Bokshtein B.S. Atómy putujú kryštálom. - M .: Nauka, 1984. - 208 s. - (Knižnica "Quantum", vydanie 28). - 150 000 kópií.

Odkazy

Difúzia (video lekcia, program pre 7. ročník)
Difúzia atómov nečistôt na povrchu monokryštálu

Nadácia Wikimedia. 2010.

Synonymá:

Pozrite si, čo je „Diffusion“ v iných slovníkoch:

- [lat. diffusio distribúcia, šírenie] fyzikálny, chemický. prenikanie molekúl jednej látky (plynu, kvapaliny, tuhej látky) do druhej pri ich priamom kontakte alebo cez poréznu prepážku. Slovník cudzích slov. Komlev N.G., … … Slovník cudzích slov ruského jazyka

Difúzia- je prienik častíc jednej látky do prostredia častíc inej látky, ku ktorému dochádza v dôsledku tepelného pohybu v smere znižovania koncentrácie inej látky. [Blum E.E. Slovník základných hutníckych pojmov. Jekaterinburg… Encyklopédia pojmov, definícií a vysvetlení stavebných materiálov

Moderná encyklopédia

- (z lat. diffusio šírenie šírenie, rozptyl), pohyb častíc média, vedúci k prenosu hmoty a vyrovnaniu koncentrácií alebo k nastoleniu rovnovážneho rozloženia koncentrácií častíc daného typu v médiu. V neprítomnosti… … Veľký encyklopedický slovník

DIFÚZIA, pohyb látky v zmesi z oblasti s vysokou koncentráciou do oblasti s nízkou koncentráciou, spôsobený náhodným pohybom jednotlivých atómov alebo molekúl. Difúzia sa zastaví, keď koncentračný gradient zmizne. Rýchlosť…… Vedecko-technický encyklopedický slovník

difúzia- a dobre. difúzna f., nem. Difúzna lat. diffusio šírenie, šírenie. Vzájomné prenikanie susediacich látok do seba v dôsledku tepelného pohybu molekúl a atómov. Difúzia plynov, kvapalín. BAS 2. || trans. Oni…… Historický slovník galicizmy ruského jazyka

Difúzia- (z lat. diffusio rozloženie, šírenie, rozptyl), pohyb častíc prostredia, vedúci k prenosu hmoty a zosúladeniu koncentrácií alebo nastoleniu ich rovnovážneho rozloženia. Difúzia je zvyčajne určená tepelným pohybom ... ... Ilustrovaný encyklopedický slovník

Pohyb častíc v smere znižovania ich koncentrácie v dôsledku tepelného pohybu. D. vedie k vyrovnaniu koncentrácií difundujúcej látky a rovnomernému naplneniu objemu časticami. ... ... Geologická encyklopédia

Článok ukazuje úlohu difúznych procesov v ranách šitých tradičným spôsobom a spôsobom navrhovaným autormi. Teoreticky podložené zlepšenie difúznych procesov v ranách pri liečbe hardvérovou metódou.

Problém hojenia rán rôznej etiológie je jedným z hlavných odvetví medicíny, ktoré v súčasnosti nestratili svoj význam. Liečba tejto patológie v čo najkratšom čase bez hnisavých komplikácií je možná len s dostatočným zabezpečením lekárskych inštitúcií modernými účinnými liekmi na hojenie rán.

V procese rany je lokálna a všeobecná reakcia tela priamo závislá od závažnosti a charakteristík poškodenia tkanív a orgánov. Miestne a všeobecné reaktívne procesy počas regeneračných procesov sú v priamom a inverznom vzťahu, pričom sú na sebe závislé a vzájomne sa ovplyvňujúce. Základom hojenia rán je schopnosť kontrolovať priebeh ranového procesu. Tento problém je vždy v zornom poli vedcov a praktických chirurgov.

Veľké množstvo používané metódy liečby rán patria do farmakologickej skupiny. Zároveň bolo navrhnuté veľké množstvo technických zariadení na ošetrovanie rán. Najbežnejšou metódou šitia rán je však kruhový vertikálny steh.

Ľudská pokožka, pozostávajúca z kolagénových proteínov, je ideálnou prirodzenou membránou, ktorá plní množstvo metabolických a ochranných funkcií. Tieto procesy sú spôsobené hlavne difúziou. Difúzia (z lat. diffusio - šírenie, šírenie), vzájomné prenikanie súvislých látok do seba v dôsledku pohybu častíc látky.

Difúzia je proces na molekulárnej úrovni a je určený náhodným charakterom pohybu jednotlivých molekúl. Rýchlosť difúzie je teda úmerná priemernej rýchlosti molekúl. Difúzia prebieha v smere klesajúcej koncentrácie látky a vedie k rovnomernej distribúcii látky v celom objeme, ktorý zaberá (k vyrovnaniu chemického potenciálu látky).

Úloha difúznych procesov v patogenéze a liečbe procesu rany je veľmi vysoká. Takže napríklad pri transplantácii kože hrá hrúbka chlopní obrovskú úlohu pri hojení popálenín, pretože priaznivo pôsobí na difúzne procesy medzi štepom a povrchom rany.

Význam difúznych procesov v rane sa však prakticky neštuduje. Okraje rany sú vodivé systémy, v ktorých by za normálnych podmienok mali prebiehať difúzne procesy. Tento proces je schematicky znázornený na obrázku 1.

Schematický nákres ukazuje, že operačná rana (1), zošitá tradičnými kruhovými vertikálnymi stehmi podľa klasifikácie Golikova A.N., má určité nevýhody. Chirurgická sutúra (2), ktorá je prostriedkom na priblíženie okrajov rany, zaisťuje úplnú ischémiu (5) tkanív, čo vedie k vytvoreniu „tichých oblastí“ na prechod difúznych procesov, čo vedie k deformácii (4). ) difúzneho vektora (3). Výsledkom je, že tradične používaný chirurgický steh vedie k umelej tvorbe tkanivových oblastí, ktoré sa nezúčastňujú regeneračných procesov. Navyše v nepriaznivých prípadoch sú tieto "defekty tkaniva" zdrojom tvorby ložísk infekčného procesu. Pretože v konečnom dôsledku sa tkanivo zbavené prístupu živín, kyslíka a pod. stáva nekrotickým, čo končí vytvorením jazvy. V opačnom prípade sú nekrotické tkanivové hmoty priaznivou živnou pôdou pre patogény.

Pre hardvérovú metódu bol získaný bezpečnostný dokument Národného inštitútu duševného vlastníctva Kazašskej republiky č.13864 zo dňa 15.08.2007. Hlavným princípom navrhovanej metódy je tesné uzavretie okrajov rany k sebe pomocou fyzikálnych a mechanických techník. Nylonový vlasec dostatočnej dĺžky sa aplikuje pozdĺž okraja rany, čím sa vytvorí „ligatúrny oblúk“, ktorý je svojimi koncami pripevnený ku koncom prístroja podľa autorského dizajnu.

Autorský prístroj v zostavenej podobe má tvar rámu v tvare štvoruholníkového rovnobežníka, strany ktoré sú tvorené tyčami a konce sú pohyblivé pásy umiestnené a pripevnené k tyčiam dvoma maticami na oboch koncoch kolíkov, na pohyblivých pásikoch sú vyvŕtané otvory rovnakého priemeru pre tyče a upevňovacie závity ligatúr (obr. 2).

regeneračné procesy. Účinnosť prístrojovej metódy bola dokázaná experimentálne a klinicky.

Preto bolo teoreticky navrhnuté zdôvodnenie účinnosti navrhovanej hardvérovej metódy v porovnaní s tradičnými metódami šitia rán. Je to spôsobené zvýšením tlaku na oblasť rany, čo (v dôsledku konštrukčných vlastností zariadenia) vedie k lokálnemu zvýšeniu rýchlosti difúzie.

Literatúra

Golikov A.N. Hojenie granulujúcej rany uzavretej stehmi. - Moskva: 1951. - 160 s.
Waldorf H., Fewres J. Hojenie rán // Adv. Derm. - 1995. Číslo 10. - S. 77–96.
Abaturová E.K., Baimatov V.N., Batyrshina G.I. Vplyv biostimulantov na proces rany // Morfológia. - 2002. - T. 121, č. 2–3. – S.6.
Kochnev O.S., Izmailov G.S. Spôsoby šitia rán. - Kazaň: 1992. - 160 s.
Kiselev S.I. Hodnota darcovských kožných zdrojov pri voľbe racionálnej chirurgickej taktiky u pacientov s hlbokými popáleninami: Abstrakt práce. … Kandidát lekárskych vied. Ryazan, 1971. 17 s.

Zharalardy emdeu biológia syndagy difúzia

Tuyin Makalada әdettegi әdіspen zhane maқala avtorlarymen ұsynylyp otyrғan aparáty аdіstің zhalalardy emdeudegі difúzny procesor turaly aitylgyn. Zharalarda difúzia processterdin apparatty adistin zhaksargany teória zhuzinde daleldip korsetildі.

DIFÚZIA VBIOLÓGIALiečenie

AbstraktnéČlánok ukazuje úlohu difúznych procesov v ranách šitých tradičným spôsobom a autormi navrhnutú metódu. Difúzne procesy v ranách boli teoreticky opodstatnené.

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

Štát Južný Kazachstan lekárska akadémia, Shymkent

IN školské osnovy na kurze fyziky (približne v siedmom ročníku) sa žiaci naučia, že difúzia je proces, ktorý predstavuje vzájomné prenikanie častíc jednej látky medzi častice inej látky, v dôsledku čoho dochádza k vyrovnávaniu koncentrácií v celom obsadenom objeme. Toto je dosť ťažko pochopiteľná definícia. Aby sme pochopili, čo je jednoduchá difúzia, zákon difúzie, jeho rovnica, je potrebné podrobne študovať materiály o týchto otázkach. Ak však má človek dosť Všeobecná myšlienka, potom nižšie uvedené údaje pomôžu získať základné znalosti.

Fyzikálny jav - čo to je

Vzhľadom na to, že veľa ľudí si mýli alebo vôbec nevie, čo je fyzikálny jav a ako sa líši od chemického, ako aj to, k akým javom patrí difúzia, je potrebné pochopiť, čo je to fyzikálny jav. Takže, ako každý vie, fyzika je nezávislá veda patriaca do oblasti prírodných vied, ktorá študuje všeobecné prírodné zákony o štruktúre a pohybe hmoty, ako aj hmotu samotnú. Fyzikálny jav je teda taký jav, v dôsledku ktorého nevznikajú žiadne nové látky, ale dochádza len k zmene štruktúry látky. Rozdiel medzi fyzikálnym javom a chemickým spočíva práve v tom, že sa tým nezískajú žiadne nové látky. Difúzia je teda fyzikálny jav.

Definícia pojmu difúzia

Ako viete, môže existovať veľa formulácií pojmu, ale všeobecný význam by sa nemal meniť. A difúzia nie je výnimkou. Zovšeobecnená definícia je nasledovná: difúzia je fyzikálny jav, ktorým je vzájomné prenikanie častíc (molekúl, atómov) dvoch alebo viacerých látok k rovnomernej distribúcii po celom objeme, ktorý tieto látky zaberajú. V dôsledku difúzie nevznikajú žiadne nové látky, preto je to presne fyzikálny jav. Jednoduchá difúzia sa nazýva difúzia, v dôsledku ktorej sa častice pohybujú z oblasti najvyššej koncentrácie do oblasti koncentrácie ventilátora, čo je spôsobené tepelným (chaotickým, Brownovým) pohybom častíc. Inými slovami, difúzia je proces miešania častíc rôznych látok a častice sú rovnomerne rozložené v celom objeme. Toto je veľmi zjednodušená definícia, ale najzrozumiteľnejšia.

Typy difúzie

Difúziu je možné fixovať tak pri pozorovaní plynných a kvapalných látok, ako aj pevných látok. Preto zahŕňa niekoľko typov:

Kvantová difúzia je proces difúzie častíc alebo bodových defektov (lokálne poruchy v kryštálovej mriežke látky), ktorý sa uskutočňuje v pevných látkach. Lokálne porušenia sú porušenia v určitom bode kryštálovej mriežky.

Koloidný - difúzia vyskytujúca sa v celom objeme koloidného systému. Koloidný systém je médium, v ktorom sú rozdelené častice, bubliny, kvapky iného, ktoré sa líšia stav agregácie a zloženie z prvého, stredného. Takéto systémy, ako aj procesy, ktoré sa v nich vyskytujú, sa podrobne študujú v rámci koloidnej chémie.
Konvekčný - prenos mikročastíc jednej látky makročasticami média. Štúdiom pohybu spojitých médií sa zaoberá špeciálny odbor fyziky zvaný hydrodynamika. Odtiaľ môžete získať informácie o stavoch prúdenia.
Turbulentná difúzia je proces prenosu jednej látky na druhú v dôsledku turbulentného pohybu druhej látky (typické pre plyny a kvapaliny).

Potvrdzuje sa tvrdenie, že difúzia môže prebiehať ako v plynoch a kvapalinách, tak aj v pevných látkach.

Aký je Fickov zákon?

Nemecký vedec, fyzik Fick, odvodil zákon ukazujúci závislosť hustoty toku častíc cez jednu oblasť od zmeny koncentrácie látky na jednotku dĺžky. Tento zákon je zákonom šírenia. Zákon sa dá formulovať nasledujúcim spôsobom: tok častíc, ktorý je nasmerovaný pozdĺž osi, je úmerný derivácii počtu častíc vzhľadom na premennú vynesenú pozdĺž osi, voči ktorej sa určuje smer toku častíc. Inými slovami, tok častíc pohybujúcich sa v smere osi je úmerný derivácii počtu častíc vzhľadom na premennú, ktorá je vynesená pozdĺž tej istej osi ako tok. Fickov zákon umožňuje opísať proces presunu hmoty v čase a priestore.

Difúzna rovnica

Keď sú v látke prítomné toky, samotná látka sa redistribuuje v priestore. V tejto súvislosti existuje niekoľko rovníc, ktoré popisujú tento proces prerozdeľovania z makroskopického hľadiska. Difúzna rovnica je diferenciálna. Vyplýva to zo všeobecnej rovnice pre prenos hmoty, ktorá sa nazýva aj rovnica kontinuity. V prítomnosti difúzie sa používa Fickov zákon, ktorý je popísaný vyššie. Rovnica má nasledujúci tvar:

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

Difúzne metódy

Difúzna metóda, alebo skôr spôsob jej implementácie do pevných materiálov, je široko používaný v V poslednej dobe. Je to spôsobené výhodami metódy, jednou z ktorých je jednoduchosť použitého zariadenia a samotného procesu. Podstatou metódy difúzie z pevných zdrojov je nanášanie vrstiev dopovaných jedným alebo viacerými prvkami na polovodiče. Okrem metódy pevného zdroja existuje niekoľko ďalších metód na implementáciu difúzie:

v uzavretom objeme (ampulková metóda). Minimálna toxicita je výhodou metódy, ale jej vysoká cena v dôsledku jednorazovej použiteľnosti ampulky je významnou nevýhodou;
v otvorenom objeme (tepelná difúzia). Možnosť použitia mnohých prvkov v dôsledku vysokých teplôt je vylúčená, rovnako ako laterálna difúzia sú veľké nevýhody tejto metódy;
v čiastočne uzavretom objeme (boxová metóda). Toto je prechodná metóda medzi dvoma vyššie opísanými metódami.

Aby sme sa dozvedeli viac o metódach a vlastnostiach difúzie, je potrebné preštudovať si ďalšiu literatúru venovanú práve týmto otázkam.