Диффузия в жизнедеятельности живых организмов

Примеры диффузии в быту, в природе, в твердых телах. Примеры диффузии в окружающем мире

Видели ли вы когда-нибудь полчища мелких назойливых мошек, беспорядочно роящихся над головой? Иной раз кажется, что они как будто неподвижно висят в воздухе. С одной стороны этот рой неподвижен, с другой — насекомые внутри него безостановочно движутся то вправо, то влево, то вверх, то вниз, постоянно сталкиваясь друг с другом и разлетаясь вновь в пределах этого облака, как будто невидимая сила удерживает их вместе.

Движения молекул носят похожий хаотичный характер, при этом тело сохраняет стабильную форму. Такое движение называется тепловым движением молекул.

Броуновское движение

В далеком 1827 году известный британский ботаник Роберт Броун при помощи микроскопа изучал поведение микроскопических частиц цветочной пыльцы в воде. Он обратил внимание на то, что частички постоянно двигались в хаотичном, не поддающемся логическому объяснению порядке, и это беспорядочное движение не зависело ни от движения жидкости, в которой они находились, ни от ее испарения. Мельчайшие частички пыльцы описывали сложные, загадочные траектории. Интересно то, что интенсивность такого движения не снижается со временем и не связано с химическими свойствами среды, а только увеличивается, если уменьшается вязкость этой среды или размеры движущихся частиц. Кроме этого, большое влияние на скорость движения молекул оказывает температура: чем она выше, тем частицы движутся быстрее.

Диффузия

Давным-давно люди поняли, что все вещества на свете состоят из мельчайших частиц: ионов, атомов, молекул, и между ними имеются промежутки, и эти частицы постоянно и хаотично движутся.

Следствием теплового движения молекул является диффузия. Примеры мы можем наблюдать практически везде в повседневной жизни: и в быту, и в живой природе. Это распространение запахов, склеивание различных твердых предметов, перемешивание жидкостей.

Говоря научным языком, диффузия — это явление проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества.

Газы и диффузия

Самый простой пример диффузии в газах — это довольно быстрое распространение в воздухе запахов (как приятных, так и не очень).

Диффузия в газах может быть крайне опасной, из-за этого явления молниеносно протекает отравление угарным и другими ядовитыми газами.

Диффузия в жидкостях

Если диффузия в газах происходит быстро, чаще всего за считанные секунды, то диффузия в жидкостях занимает целые минуты и иногда даже часы. Это зависит от плотности и температуры.

Одним из примеров диффузии в жидкостях является очень быстрое растворение солей, спиртов и кислот, за короткое время образующих однородные растворы.

Диффузия в твердых телах

В твердых телах диффузия протекает труднее всего, при обычной комнатной или уличной температуре она незаметна. Во всех современных и старых школьных учебниках в качестве примера диффузии в твердых телах описан опыт со свинцовой и золотой пластинками. Этот эксперимент показал, что только по прошествии более четырех лет в свинец проникло ничтожно малое количество золота, а свинец проник в золото на глубину не более пяти миллиметров. Такое различие обусловлено тем, что плотность свинца намного выше плотности золота.

Следовательно, скорость и интенсивность диффузии не в последнюю очередь зависит от плотности вещества и скорости хаотичного движения молекул, а скорость, в свою очередь — от температуры. Диффузия интенсивнее и быстрее протекает при более высоких температурах.

Примеры диффузии в быту

Мы даже не задумываемся о том, что ежедневно практически на каждом шагу встречаем явление диффузии. Именно поэтому это явление считается одним из самых значительных и интересных в физике.

Один из простейших примеров диффузии в быту — растворение сахара в чае или кофе. Если в стакан с кипятком поместить кусочек сахара, он через некоторое время исчезнет бесследно, при этом даже объем жидкости практически не изменится.

Если внимательно осмотреться вокруг, можно найти немало примеров диффузии, облегчающих наш быт:

  • растворение стирального порошка, марганцовки, соли;
  • распыление освежителей воздуха;
  • аэрозоли для горла;
  • вымывание грязи с поверхности белья;
  • смешивание красок художником;
  • замешивание теста;
  • приготовление наваристых бульонов, супов, и подлив, сладких компотов и морсов.

В 1638 г., вернувшись из Монголии, посол Василий Старков преподнес русскому царю Михаилу Федоровичу в подарок почти 66 кг сушеных листьев, обладающих странным терпковатым ароматом. Это засушенное растение очень понравилось ни разу не пробовавшим его москвичам, и они его с удовольствием до сих пор употребляют. Узнали его? Конечно же, это чай, который заваривается благодаря явлению диффузии.

Примеры диффузии в окружающем мире

Роль диффузии в окружающем нас мире очень велика. Одним из важнейших примеров диффузии является кровообращение в живых организмах. Кислород из воздуха проникает в капилляры крови, расположенные в легких, после этого растворяется в них и разносится по всему организму. В свою очередь углекислый газ диффундирует из капилляров в альвеолы легких. Питательные вещества, выделяемые из пищи путем диффузии проникают в клетки.

У травянистых видов растений диффузия идет через всю их зеленую поверхность, у более крупных цветущих растений — через листья и стебли, у кустарников и деревьев — через трещины в коре стволов и веток и чечевички.

Кроме того, примером диффузии в окружающем мире является всасывание воды и растворенных в ней минералов корневой системой растений из почвы.

Именно диффузия является причиной того, что состав нижнего слоя атмосферы является неоднородным и состоит из нескольких газов.

К сожалению, в нашем несовершенном мире найдется совсем немного людей, которые не знают, что такое инъекция, также известная как «укол». Этот вид болезненного, но эффективного лечения также основан на явлении диффузии.

Загрязнение окружающей среды: почвы, воздуха, водоемов — это тоже примеры диффузии в природе.

Тающие в синем небе белые облака, так любимые поэтами всех времен — тоже она— известная каждому ученику средних и старших классов диффузия!

Итак, диффузия — это то, без чего жизнь наша была бы не просто труднее, а практически невозможной.

Источник

Диффузия вокруг нас

Диффузия — одно из самых значимых явлений в физике. Оно играет чрезвычайно важную роль в живой природе, его широко применяют в технике, в повседневной жизни. Но, оказывается, что процесс диффузии играет большую роль в загрязнении воздуха, рек, морей и океанов. Как разного рода загрязнители проникают в те вещества, которые обеспечивают жизнедеятельность растений, животных, человека? Давайте с вами проведем исследование и узнаем как диффузия воздействует на окружающую среду , какую пользу и вред она приносит.

Диффузия вокруг нас

Диффузия — явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого. Примером диффузии в газах является распространение запахов в воздухе, но запах распространяется не мгновенно, а спустя некоторое время. Почему так происходит? Просто движению молекул пахучего вещества в определенном направлении мешает движение молекул воздуха. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, т.к. при столкновениях она меняет направление и скорость движения. Поэтому диффузионное проникновение молекул значительно медленнее их свободного движения. Явление диффузии показывает, что молекулы все время хаотично движутся и притом в различных направлениях. Такое движение называется молекулярным тепловым движением. Диффузия, также доказывает, что между молекулами имеются промежутки.Известно, что частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то в этих веществах возможна диффузия.Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях и медленнее всего в твёрдых телах. Дело в том, что в газах и жидкостях основной вид теплового движения частиц приводит к их перемешиванию, а в твердых телах, в кристаллах, где атомы совершают малые колебания около положения узла решётки, нет. Скорость протекания диффузии зависит от: агрегатного состояния вещества; массы молекул; температуры.

Явление диффузии играет большую роль в природе. Так, например, благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли. Деревья выделяют кислород и поглощают углекислый газ с помощью диффузии. Корни растений захватывают необходимые для растения вещества из почвенных вод благодаря диффузионному потоку внутрь корней.На явлении диффузии основаны многие физиологические процессы, происходящие в организме человека: такие как дыхание, всасывание питательных веществ в кишечнике и др. Диффузия находит широкое применение в различных сферах деятельности человека. На этом явлении основана, например, диффузионная сварка металлов, никелирование. Результатом диффузии может быть выравнивание температуры в помещении при проветривании. На явлении диффузии основаны соление овощей, варка варения, получение компотов и многое другое.В общем, диффузия имеет большое значение в природе и жизнедеятельности человека, но это явление также вредно в отношении загрязнения окружающей среды. На протекание диффузных процессов в природе отрицательное влияние оказывает деятельность человека. Большую роль играют диффузионные процессы в снабжении кислородом природных водоемов. Кислород попадает в более глубокие слои воды в водоемах за счет диффузии через их свободную поверхность. Поэтому любое загрязнение поверхности воды, губительно для всего живого в водоеме. Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу из дымовых труб промышленных и энергетических предприятий, выхлопные газы автомобилей, благодаря диффузии, распространяются на большие расстояния. Воздух и земля ещё загрязняется бытовыми отходами. Загрязняющие вещества попадают в пищу, воздух, воду и наносят огромный вред здоровью человека. Ярким проявлением диффузии, напрямую связанным с экологическими проблемами – это грязный, фактически отравленный выхлопными газами автомобилей, воздух в черте крупных городов, загрязнение отравляющими отходами многочисленных водоёмов, почвы и т.д.

Давайте вместе проведем исследование и выясним, на примере распространения пахучего вещества в воздухе как явление диффузии способствует загрязнению воздуха (проведем аналогию между молекулами загрязняющего вещества и молекулами пахучего вещества). Приведем примеры типичных загрязнителей атмосферы, рек и водоемов, полей и лесов. Узнаем, какие существуют способы защиты окружающей среды от загрязнения.

Источник



Диффузия в природе это

Темы исследований

Оформление работы

Наш баннер

Исследовательские работы и проекты

Диффузия в жизнедеятельности живых организмов

При проведении исследовательской работы по биологии на тему «Диффузия в жизнедеятельности живых организмов» автором была поставлена цель, доказать общую значимость диффузии для жизнедеятельности человека, животных и растений. Рассмотреть проявление диффузии в луке.

Подробнее о работе:

В исследовательском проекте по биологии «Диффузия в жизнедеятельности живых организмов» учащаяся 9 класса школы проводит практическое исследование, в рамках которого изучает особенности проявления диффузии в растениях. Опыты проводились на луке, и рассматривалось протекание диффузии в чешуе репчатого лука, а также в самой луковице. Все этапы исследование представлены в виде фотографий через микроскоп.

Оглавление

Введение
1 Аналитический разбор литературы.
1.1 Явление «диффузия».
1.2 Формы проявления диффузии.
1.3 Влияние диффузии на жизнедеятельность живых организмов.
1.4 Влияние диффузии на жизнь человека.
2. Практическая часть.
2.1 Диффузия в растениях.
2.2 Социологический опрос.
Заключение
Список литературы

Введение

Она очень важна для жизнедеятельности живых организмов. Однако не у всех людей есть достаточное представление о протекании диффузии.

Актуальность работы заключается в том, что изучение влияния диффузии на жизнедеятельность растений, животный и человека, расширит спектр знаний о живой природе, а также продемонстрирует тесную связь физики, биологии и экологии.

доказать общую значимость диффузии для жизнедеятельности человека, животных и растений.

  1. Найти материалы в литературе, Интернет — сети, изучить и проанализировать их.
  2. Познакомится с формами проявления – осмос и диализ.
  3. Выяснить, где в жизни встречаются явления диффузии, какие значения они имеют.
  4. Описать и спроектировать разные виды исследования, характеризующие закономерности протекания диффузии.
  5. Сделать выводы по данной теме.

Предмет исследования: влияние диффузии на процессы, протекающие в природе и в жизни человека.

Аналитический разбор литературы Явление «диффузия»

Правильно броуновское движение было объяснено полвека спустя. Молекулы воды постоянно хаотично движутся. Поэтому броуновское движение служит наблюдаемым доказательством невидимого даже под микроскопом движения молекул.

Диффузия — это явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого.

Скорость протекания диффузии в жидкостях и газах велика, именно поэтому наблюдать ее в этих агрегатных состояниях достаточно просто. Диффузионные процессы могут протекать и в твердых телах, но там они происходят настолько медленно, что становятся незаметными при комнатной температуре.

Однако с ростом температуры движение молекул становится более интенсивным. Поэтому при долгом выдерживании твердых тел при высоких температурах можно убедиться, что диффузия протекает и в них.

Формы проявления диффузии

В мире живых организмов диффузия проявляется всего в двух формах – диализе и осмосе. Диализ – это разделение с помощью мембраны растворенных веществ, различающихся массами. Процесс основан на разных скоростях диффузии этих веществ через мембрану. Осмос – это движение воды через биологическую мембрану, пропускающую воду и не пропускающую растворенные в ней вещества.

Такую мембрану называют полупроницаемой. Оболочки всех живых клеток обладают способностью пропускать молекулы воды и задерживать молекулы растворенных в ней веществ — именно благодаря этому клетка может утолять жажду.

Влияние диффузии на жизнедеятельность живых организмов

Большую роль диффузионные процессы играют в снабжении кислородом природных водоёмов и аквариумов. Кислород попадает в более глубокие слои воды за счёт диффузии через их свободную поверхность. Именно по этой причине нельзя перекрывать ее. Так, например, листья, покрывающие эту самую поверхность, могут совсем перекрыть доступ кислорода к воде и привести к гибели её обитателей.

Так же диффузия играет не менее важную роль в растительном мире. Например, большое развитие листовой кроны деревьев объясняется так: диффузионный обмен сквозь поверхность листьев выполняет не только функцию дыхания, но частично и питания. Сейчас довольно широко практикуется внекорневая подкормка плодовых деревьев путем опрыскивания их кроны. Благодаря диффузии растение получает минеральные вещества и воду из почвы.

Также этот процесс показывает один из механизмов второго закона термодинамики, который объясняет стремление всего живого в более устойчивое состояние. Этот процесс сыграл важную работу в возникновении и дальнейшем развитии планеты.

Естественно без данного явления не было бы и животного мира. Диффузия влияет не только на физиологические процессы. Акулы, например, чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров. Бабочки всегда находят дорогу к красивому цветку, а пчелы, обнаружив сладкий объект, штурмуют его своим роем.

Стоит ли говорить, что диффузия играет огромную роль в поглощении неорганических веществ из воздуха и почвы растениями, которые участвуют в фотосинтезе для образования органических веществ. А из этого следует, что диффузия лежит в основе обмена веществ между растениями и окружающей средой.

К сожалению, развитие человеческой цивилизации оказывает негативное влияние на природу и процессы, которые протекают в ней. Диффузия играет большую роль в загрязнении водоемов. Загрязнение рек, морей и океанов приводит к тому, что в них исчезает жизнь. Температура воды повышается и при этом снижается содержание кислорода, что плохо сказывается на водных организмах.

Вследствие явления диффузии воздух загрязняется отходами разных фабрик, выхлопными газами, и из-за этого вредные отходы жизнедеятельности человека проникают в почву, воду, а затем оказывают вредное влияние на жизнь животных и растений.

Влияние диффузии на жизнь человека

Он прижал друг к другу золотой диск и свинцовый цилиндр, а после поместил их на 10 дней в печь, где поддерживалась температура 200°С. После того как печь открыли, разъединить диск и цилиндр было невозможно. За счет диффузии свинец и золото приросли друг к другу. Сегодня такая технология соединения деталей носит название диффузионной сварки.

Таким образом, мы видим, что скорость протекания этого процесса также зависит не только от агрегатного состояния вещества, его плотности, но и от температуры. Протекание диффузии от температуры обусловлено увеличением скорости движения молекул. Человек теперь может использовать свойства диффузии даже в целях обеспечения собственной безопасности. Природный газ, который мы используем дома, не имеет запаха. При утечке заметить его невозможно, поэтому на распределительных станциях газ смешивают с особым веществом, обладающим резким, неприятным запахом, который легко ощущается человеком.

Интересные факты о диффузии

Около 27 тонн космической пыли падает на Землю каждый день. За год более 10 000 тонн пыли попадает на Землю. В древнем мире, конечно, не могли наблюдать молекулы, но могли наблюдать диффузию! В сказках диффузия помогает героям. Отрывок из ассирийской сказки «Царь Зимаз»: «Был у царя умный советник Аяз, которого он очень уважал. Как обычно бывает в таких случаях, у Аяза были враги, которые его оклеветали перед царем, и тот, послушав их, заключил его в тюрьму.

Когда к Аязу пришла жена, он велел ей поймать большого муравья, привязать к его лапке крепкую нитку длиной сорок метров, к свободному концу её привязать верёвку такой же длину и пустить муравья по наружной стене тюрьмы в указанном месте. Как сказал Аяз, так жена и сделала. Сам же Аяз накрошил на окно камеры сахара и муравей по запаху сахара добрался до камеры, где сидел Аяз». А пословицы – это сплошная диффузия. Вот к примеру: Ложка дёгтя в бочке мёда или Волка нюх кормит.

Диффузия в растениях

Поскольку абсолютное большинство клеток растений имеет клеточную стенку и абсолютно все — клеточную мембрану, то из диффузионных явлений особо важное значение для растений имеют те, которые носят название мембранных осмотических явлений.

Скорость диффузии в растениях зависит от многих факторов — температуры, природы диффундирующего вещества и разности его концентраций. Чем выше концентрация диффундирующего вещества, тем выше его активность и его химический потенциал. Диффузионное передвижение вещества всегда идет от большего к меньшему химическому потенциалу. Наибольший химический потенциал у чистой воды.

Добавление к воде молекул растворенного вещества приводит к возникновению связи между молекулами воды и растворенного вещества, что уменьшает ее активность и ее химический потенциал. Когда диффундирующие вещества встречают на своем пути мембрану, их движение замедляется или полностью прекращается. Направленная же в противоположную сторону диффузия воды по направлению от своего большего к меньшему потенциалу через мембрану носит название осмоса. Другими словами, осмос в растениях — это диффузия воды через полупроницаемую клеточную мембрану, вызванная разностью концентраций веществ снаружи и внутри клетки.

Диффузия в чешуе лука

Для изучения диффузии в растениях были использованы препараты сухой и живой чешуи лука и цифровой микроскоп с увеличением 50 раз. Как диффундирующее вещество использовался краситель «Метиленовый синий».

Приготовленные препараты сухой и живой чешуи лука размещались на предметном стекле в капле воды, на один край препарата наносилась капля красителя, и препарат при помощи цифрового микроскопа фотографировался через определенные промежутки времени. Затем фотографировалась стандартная микрометровая линейка, идущая в комплекте с микроскопом, и расстояние, пройденное красителем в ходе диффузии, определялось на экране при помощи линейки и сравнивалось с микрофотографией линейки.

Диффузия в сухой чешуе лука

диффузия 1А диффузия 2Б
диффузия 3В диффузия 4Г
диффузия 5Д диффузия 6Е

Рисунок 1. А – момент внесения краски «Метиленовый синий»; Б – через 8 минут; В — через 12 минут; Г — через 20 минут; Д — через 28 минут; Е — через 38 минут после нанесения краски.

Диффузия в живой чешуе лука

диффузия 7А диффузия 8Б
диффузия 9В диффузия 10Г
диффузия 11Д диффузия 12Е
диффузия 13Ж диффузия 14З

Рисунок 2. А – момент внесения краски «метиленовый синий»; Б – через 1 минуту; В — через 3 минуты; Г — через 5 минут; Д — через 7 минут; Е — через 15 минут; Ж — через 28 минут; З — через 40 минут после нанесения краски.

диффузия 15А диффузия 16Б

Рисунок 3. А – момент внесения краски «Пищевой красный»; Б – через 3 минуты

Как видно на микрофотографиях на рисунке 2 А-З, диффузия красителя «метиленовый синий» в живой чешуе лука идет намного быстрее, скорость диффузии по расчетам составляла в среднем примерно 0,18 мм/минуту в первые 15 минут диффузии.

Диффузия красителя «Пищевой красный» идет в живой ткани лука еще быстрее – за три минуты краситель диффундирует на расстояние около 2 мм, то есть скорость диффузии составляет около 0,66 мм/мин (Рисунок 3). При этом краситель диффундировал по клеточным стенкам быстрее, чем из клеточных клеток в цитоплазму клеток. По-видимому, различия в скорости движения красителей зависит от размеров их молекул и, соответственно, скорости их броуновского движения.

диффузия 17А диффузия 18Б

Рисунок 4. Черно-белое изображение диффузии краски «Метиленовый синий» в чешуе лука. А – сухая кожица; Б – живая чешуя лука.

В связи с этим скорости диффузии красителя в мертвой сухой ткани и в живой растительной ткани достаточно сильно различаются (Рисунок 5).

Рисунок 5. Скорости диффузии красителя «Метиленовый синий» в сухой и живой растительной ткани.

Диффузия в живой целой луковице

Опыт проведения диффузии в живой целой луковице подтвердил полученные на препаратах ткани результаты (Рисунок 6).

диффузия 20А диффузия 21Б
диффузия 22В диффузия 23Г

Рисунок 6. А – Внешний вид до внесения краски в раствор; Б – через 5 минут: слева в растворе краска «Пищевой красный», справа – «Метиленовый синий»; В — через 1 час; Г — через 15 часов.

На рисунке хорошо видно распространение краски по живым тканям по срезу луковицы. При этом, если краситель «Пищевой красный» диффундировал в целом равномерно по всем живым тканям, то краситель «Метиленовый синий» быстрее диффундировал по кожице чешуй луковицы, и только потом диффундировал из кожицы в мякоть чешуи.

Социологический опрос о диффузии

  1. Помните ли вы что такое диффузия?
  2. Влияет ли диффузия на экологию?
  3. Вы бы хотели получить дополнительные знания о диффузии?

Варианты ответов: да, нет, затрудняюсь ответить

Опрос проводился анонимно. Было опрошено 20 человек, из которых 10 — учащихся 9 и 10 классов, а другие 10 — взрослые от 25 до 42 лет.

Учащиеся (10 чел) Взрослые (10 чел)
Вопрос да нет з.о. да нет з.о.
1.Помните ли вы что такое диффузия? 20% 50% 30% 50% 20% 30%
2.Влияет ли диффузия на экологию? 20% 20% 60% 40% 40% 20%
3.Вы бы хотели получить дополнительные знания о диффузии? 30% 50% 20% 60% 20% 20%

Выводы по опросу:

Результаты социологического опроса показали, что взрослые считают, что они знают по этой теме больше, нежели учащиеся 9,10 классов.

Возможно, взрослые пытались казаться более умными, но этого мы, к сожалению, узнать не можем. Если же на вопросы все они отвечали честно, то это значит, что в школе сейчас уделяется слишком мало внимания этой теме — ведь на вопрос «Помните ли вы что такое диффузия?», ответили «да» только 20% обучающихся.

Заключение

Мы видим, как велико значение диффузии, а существование всех живых организмов было бы просто невозможно, если бы в природе не существовало этого явления. Природа широко использует возможности, заложенные в процессе диффузионного проникновения, оно играет важнейшую роль в поглощении и передвижении питательных веществ и насыщении организма растения кислородом.

Такое же значение диффузия имеет и для животных и человека. Таким образом, диффузия играет очень большую роль в процессах жизнедеятельности человека, животных и растений. Но, к сожалению, люди в результате своей деятельности часто оказывают негативное влияние на естественные процессы в природе.

Изучая диффузию, ее роль и факторы, влияющие на ее протекание в природе, я пришла к выводу, что надо сильнее привлекать внимание общественности к важности изучения процессов, происходящих в окружающей среде.

Источник

Диффузия – определение, примеры и типы

Диффузия – это физический процесс, который относится к чистому перемещению молекул из области высокой концентрации в область с более низкой концентрацией. Материал, который диффундирует, может быть твердым, жидким или газообразным. Точно так же среда, в которой происходит диффузия, также может находиться в одном из трех физических состояний.

Одной из основных характеристик диффузии является движение молекул вдоль градиент концентрации, Хотя это может быть облегчено другими молекулами, в нем напрямую не участвуют молекулы высоких энергий, такие как аденозинтрифосфат (АТФ) или гуанозинтрифосфат (ГТФ).

Скорость диффузии зависит от характера взаимодействия среды и материала. Например, газ очень быстро диффундирует в другой газ. Примером этого является то, как вредный запах газообразного аммиака распространяется в воздухе. Аналогичным образом, если емкость с жидким азотом протекает незначительно, выделяющийся азот быстро диффундирует в атмосферу. Тот же газ будет диффундировать немного медленнее в жидкости, такой как вода, и медленнее в твердом.

Аналогично, две смешиваемые жидкости также будут диффундировать друг в друга, образуя однородную решение, Например, когда вода смешивается с глицерин Со временем две жидкости диффундируют в радиальном направлении друг к другу. Это может даже наблюдаться визуально путем добавления красителей разного цвета к каждой из жидкостей. Однако это же явление не наблюдается, когда смешиваются несмешивающиеся жидкости, такие как бензин и вода. Диффузия происходит медленно и только по небольшой поверхности взаимодействия двух жидкостей.

Примеры диффузии

Диффузия является важной частью многих биологических и химических процессов. В биологических системах диффузия происходит в любой момент, через мембраны в каждом клетка а также через тело.

Например, кислород находится в более высокой концентрации внутри артерий и артериол по сравнению с уровнями кислорода в активно дышащих клетках. Тем временем кровь течет в капилляры в мускул или печень например, существует только один слой клеток, отделяющий этот кислород от гепатоцитов или скелетная мышца волокна. Через процесс пассивной диффузии, без активного участия каких-либо других молекула кислород проходит через капиллярную мембрану и проникает в клетки.

Клетки используют кислород в митохондрии за аэробного дыхания, который генерирует углекислый газ в качестве побочного продукта. Еще раз, когда концентрация этого газа увеличивается внутри клетки, он диффундирует наружу в направлении капилляров, где сила текущей крови удаляет избыток газа из ткань область. Таким образом, капилляры остаются с низкой концентрацией углекислого газа, что позволяет постоянное движение молекулы от клеток.

Этот пример также показывает, что диффузия любого одного материала не зависит от диффузии любых других веществ. Когда кислород движется к тканям из капилляров, углекислый газ попадает в кровоток.

В химических процессах диффузия часто является центральным принципом, определяющим многие реакции. В качестве простого примера, несколько кристаллов сахара в стакане воды будут медленно растворяться со временем. Это происходит из-за чистого движения молекул сахара в водной среде. Даже в крупных промышленных реакциях, когда две жидкости смешиваются вместе, диффузия объединяет реагенты и позволяет реакции протекать гладко. Например, одним из способов синтеза полиэфира является смешивание подходящей органической кислоты и спирта в их жидкой форме. Реакция протекает, когда два реагента диффундируют друг к другу и подвергаются химической реакции с образованием сложных эфиров.

Факторы, влияющие на диффузию

На диффузию влияют температура, площадь взаимодействия, крутизна градиента концентрации и размер частиц. Каждый из этих факторов, независимо и совместно, может изменять скорость и степень распространения.

температура

В любой системе молекулы движутся с определенным количеством кинетической энергии. Обычно это не направлено каким-либо особым образом и может показаться случайным. Когда эти молекулы сталкиваются друг с другом, происходит изменение направления движения, а также изменения импульса и скорости. Например, если блок из сухого льда (двуокись углерода в твердой форме) помещен в коробку, молекулы углекислого газа в центре блока в основном сталкиваются друг с другом и задерживаются в твердой массе. Однако для молекул на периферии быстро движущиеся молекулы в воздухе также влияют на их движение, позволяя им диффундировать в воздух. Это создает градиент концентрации, при котором концентрация углекислого газа постепенно уменьшается по мере удаления от комка сухого льда.

С увеличением температуры кинетическая энергия всех частиц в системе увеличивается. Это увеличивает скорость, с которой растворенное вещество а также растворитель молекулы движутся, и увеличивает столкновения. Это означает, что сухой лед (или даже обычный лед) будет испаряться быстрее в более теплый день просто потому, что каждая молекула движется с большей энергией и с большей вероятностью быстро выйдет за пределы твердого состояния.

Область взаимодействия

Чтобы расширить приведенный выше пример, если блок сухого льда разбивается на несколько частей, площадь, которая взаимодействует с атмосферой, немедленно увеличивается. Количество молекул, которые только сталкиваются с другими частицами углекислого газа в сухом льде, уменьшается. Следовательно, скорость диффузии газа в воздух также увеличивается.

Это свойство можно наблюдать даже лучше, если газ имеет запах или цвет. Например, когда йод сублимируется над горячей плитой, начинают появляться фиолетовые пары и смешиваться с воздухом. Если сублимацию проводят в узком тигле, пары медленно диффундируют к устью контейнера, а затем быстро исчезают. Хотя они ограничены меньшей площадью поверхности внутри тигля, скорость диффузии остается низкой.

Это также видно, когда два жидких реагента смешаны друг с другом. Перемешивание увеличивает площадь взаимодействия между двумя химическими веществами и позволяет этим молекулам быстрее диффундировать друг к другу. Реакция идет к завершению с более высокой скоростью. Аналогичным образом, любое растворенное вещество, которое разбивается на мелкие кусочки и смешивается с растворителем, быстро растворяется, что является еще одним показателем того, что молекулы лучше диффундируют при увеличении площади взаимодействия.

Крутизна градиента концентрации

Поскольку диффузия обусловлена, главным образом, вероятностью того, что молекулы отойдут от области с более высоким насыщением, из этого сразу следует, что когда среда (или растворитель) имеет очень низкую концентрацию растворенного вещества, вероятность диффузии молекулы от центральной области выше. Например, в примере с диффузией газообразного йода, если тигель помещают в другой закрытый контейнер и кристаллы йода нагревают в течение продолжительного периода времени, скорость, с которой фиолетовый газ, по-видимому, «исчезает» в устье тигель уменьшится. Это очевидное замедление связано с тем, что со временем в более крупном контейнере начинает появляться достаточное количество йодного газа, и часть его будет перемещаться «назад» к тиглю. Даже при том, что это случайное ненаправленное движение с большим объемом, оно может создать сценарий, в котором нет чистого движения газа из контейнера.

Размер частицы

При любой данной температуре диффузия частицы меньшего размера будет более быстрой, чем диффузия молекулы большего размера. Это связано как с массой молекулы, так и с площадью ее поверхности. Более тяжелая молекула с большей площадью поверхности будет диффундировать медленно, в то время как более мелкие, более легкие частицы будут диффундировать быстрее. Например, в то время как газообразный кислород будет диффундировать немного быстрее, чем диоксид углерода, оба они будут двигаться быстрее, чем газообразный йод.

Функции диффузии

Диффузия в организме человека необходима для поглощения усваиваемых питательных веществ, газообмена, распространения нервных импульсов, движения гормонов и других метаболитов к их цели. орган и почти для каждого события в эмбриональном развитии.

Типы диффузии

Диффузия может быть простая диффузия и быть облегчен другой молекулой

Простая диффузия

Простая диффузия – это просто движение молекул вдоль градиента их концентрации без непосредственного участия каких-либо других молекул. Это может включать в себя либо распространение материала через среду, либо перенос частицы через мембрану. Все приведенные выше примеры были примерами простой диффузии.

Простая диффузия важна в химических реакциях, во многих физических явлениях и может даже влиять на глобальные погодные условия и геологические события. В большинстве биологических систем диффузия происходит через полупроницаемую мембрану из липидный бислой, Мембрана имеет поры и отверстия для прохождения определенных молекул.

Облегченная диффузия

С другой стороны, облегченная диффузия, как указывает этот термин, требует присутствия другой молекулы (посредника) для того, чтобы произошла диффузия. Облегченная диффузия необходима для движения больших или полярных молекул через гидрофобный липидный бислой. Облегченная диффузия необходима для биохимических процессов в каждой клетке, поскольку существует связь между различными субклеточными органеллами. Например, в то время как газы и небольшие молекулы, такие как метан или вода, могут свободно диффундировать через плазматическая мембрана более крупные заряженные молекулы, такие как углеводы или нуклеиновые кислоты, нуждаются в помощи трансмембранных белков, образующих поры или каналы.

Поскольку они представляют собой относительно большие отверстия в плазматической мембране, эти интегральные мембранные белки также обладают высокой специфичностью. Например, канальный белок который транспортирует ионы калия, имеет гораздо более высокое сродство к этому иону, чем очень похожий ион натрия, с почти таким же размером и зарядом.

  • Градиент концентрации – Постепенное снижение концентрации вещества, часто растворенного в растворе. В живых системах этот градиент обычно виден с двух сторон полупроницаемой липидной мембраны.
  • гепатоцитов – Клетки во внутренней паренхиматозной области печени, составляющие большую часть массы печени. Участвует в пищеварении и метаболизме белков, липидов и углеводов. Они также играют решающую роль в детоксикации организма.
  • Интегральный мембранный белок – Белки, которые охватывают ширину мембраны и являются важными структурными и функциональными частями биологических мембран.
  • сублимация – Превращение материала в его твердой фазе непосредственно в газообразное состояние без промежуточного перехода в жидкое состояние.

викторина

1. Какое из этих утверждений о диффузии молекул верно?A. Облегченная диффузия полностью обеспечивается гидролизом ГТФB. Никогда не нуждается в присутствии какой-либо другой молекулыC. Диффузия каждой молекулы зависит от градиента ее концентрации и не зависит от концентрации других молекул вид в средеD. Все вышеперечисленное

Ответ на вопрос № 1

С верно. На движение одной молекулы вдоль градиента концентрации не влияют градиенты концентрации любых других веществ в той же среде.

2. Если бы в устье тигля, нагревавшего йод, находилась охлаждающая жидкость, как это повлияло бы на скорость ее диффузии?A. Останется без измененийB. УвеличениеC. УменьшитьD. Это будет зависеть от характера и температуры охлаждающей жидкости

Ответ на вопрос № 2

С верно. Присутствие охлаждающей жидкости в устье тигля понизит температуру газообразного йода. Это уменьшит скорость диффузии.

3. Какое из этих утверждений не соответствует действительности?A. Большие полярные молекулы не могут диффундировать через биологическую мембрануB. Диоксид углерода будет диффундировать быстрее, чем газообразный бромC. Интегральные мембранные белки, которые облегчают диффузию, очень специфичны в отношении своего грузаD. Все вышеперечисленное

Ответ на вопрос № 3

верно. Полярные молекулы могут диффундировать через мембраны, но им необходимо присутствие трансмембранного канала или белка. Углекислый газ легче брома и поэтому быстрее диффундирует.

Источник

Adblock
detector