Глава 1. Первоначальные сведения о строении вещества. § 10. Диффузия в газах, жидкостях и твёрдых телах — с. 34
§ 10. Вопрос 1. Какое явление называют диффузией?
Диффузией называют явление взаимного проникновения соприкасающихся веществ друг в друга, происходящее в результате беспорядочного движения молекул. Например, если открыть флакон с духами, запах постепенно распространяется по комнате: молекулы пахучего вещества проникают в промежутки между молекулами воздуха. Диффузия происходит в газах, жидкостях и твёрдых телах.
§ 10. Вопрос 2. Опираясь на знания о строении вещества, объясните (см. рис. 27), как происходит диффузия в жидкостях. (рис. 27) [на рисунке: три сосуда; сначала сверху молекулы воды, снизу молекулы медного купороса с резкой границей, затем граница размывается, в конце молекулы равномерно перемешаны]
Вещества состоят из молекул, между которыми есть промежутки, а сами молекулы непрерывно и беспорядочно движутся. В начале опыта вода и раствор медного купороса разделены чёткой границей. Из-за хаотического движения молекулы на границе раздела меняются местами: молекулы воды проникают в промежутки между молекулами купороса, а молекулы купороса попадают между молекулами воды. Со временем молекулы воды всё глубже проникают в нижнюю часть сосуда, а молекулы медного купороса поднимаются вверх, граница размывается. В итоге молекулы обеих жидкостей равномерно распределяются по всему сосуду, и жидкость становится однородной (одного цвета).
§ 10. Вопрос 3. От чего зависит скорость диффузии?
Скорость диффузии зависит от температуры: чем выше температура, тем быстрее протекает диффузия. Объясняется это тем, что при повышении температуры возрастает скорость движения молекул, а промежутки между молекулами увеличиваются, и им легче проникать друг между другом. Также скорость зависит от агрегатного состояния вещества: в газах диффузия идёт быстрее всего, в жидкостях медленнее, в твёрдых телах самая медленная (например, золото и свинец при плотном прижатии заметно проникают друг в друга лишь через несколько лет).
§ 10. Вопрос 4. Приведите примеры диффузии в природе.
1) Всасывание корнями растений питательных веществ из почвы.
2. Питание и дыхание листьев: углекислый газ и кислород проникают через поверхность листьев благодаря диффузии.
3. Снабжение кислородом природных водоёмов и аквариумов: кислород из воздуха растворяется в воде и распространяется в ней, поэтому им дышат рыбы и другие обитатели.
4. Дыхание человека и животных: кислород попадает из лёгких в кровь, а углекислый газ уходит обратно.
5. Всасывание пищевых продуктов стенками кишечника.
6. Распространение запахов цветов, трав и леса в воздухе.
§ 10. Дополнительный вопрос. Для предохранения одежды от моли используют мешочки с лавандой. Почему, когда вы вынимаете одежду из шкафа, она пахнет лавандой?
Молекулы пахучих веществ лаванды выходят из мешочка, потому что находятся в непрерывном беспорядочном движении. Они проникают в промежутки между молекулами воздуха и расходятся по всему шкафу: это диффузия в газах. Молекулы пахучих веществ также попадают на ткань и между волокнами одежды, поэтому одежда, пролежавшая в шкафу долгое время, приобретает запах лаванды. Моль этот запах не переносит и избегает такой одежды.
Упражнение 3. Задача 1. Чтобы огурцы продолжительное время оставались малосольными, рассол с огурцами необходимо хранить в холодном помещении. Почему?
Посол огурцов происходит благодаря диффузии: молекулы соли из рассола проникают внутрь огурцов. Скорость диффузии зависит от температуры: чем она выше, тем быстрее идёт процесс. В тепле соль быстрее проникает в огурцы, и они быстро становятся солёными. В холоде молекулы движутся медленнее, диффузия идёт медленно, и огурцы дольше остаются малосольными.
Упражнение 3. Задача 2. Если поместить на дно стакана крупинку краски, а затем осторожно налить в стакан воду, то через некоторое время вода приобретает окраску, хотя стакан стоял неподвижно. Объясните явление.
Это диффузия в жидкости. Молекулы краски, находящиеся на поверхности крупинки, вследствие непрерывного хаотического движения отрываются от неё и проникают в промежутки между молекулами воды. Одновременно молекулы воды проникают в промежутки между частицами краски. Молекулы краски постепенно распространяются вверх по всему объёму, поэтому через некоторое время вся вода становится окрашенной, хотя перемешивания не было.
Упражнение 3. Задача 3. Почему цветные пятна на столе или полу значительно легче удалить сразу после того, как они туда попали, чем спустя некоторое время?
Со временем молекулы красящего вещества вследствие диффузии проникают в промежутки между молекулами поверхностного слоя стола или пола, то есть вглубь материала. Свежее пятно лежит на поверхности и легко стирается. Когда пятно вошло вглубь, его трудно полностью удалить, так как молекулы краски уже находятся внутри материала. Поэтому пятна нужно удалять сразу.
Задание 8. На небольшой кусок стекла положите несколько крупинок сухой краски (гуаши или акварели). Зажгите свечу и капните парафином на краску. Пронаблюдайте явление. Опишите свои наблюдения. Объясните явление.
Ход выполнения. На кусок стекла кладём несколько крупинок сухой краски (например, красной гуаши) на расстоянии в несколько сантиметров друг от друга. Зажигаем свечу (работать осторожно, лучше при взрослых, не касаясь расплавленного парафина), наклоняем её и капаем расплавленным парафином на крупинки.
Наблюдения. Капля парафина растекается по стеклу и накрывает краску. Вокруг крупинок краски парафин постепенно окрашивается: цветные частицы проникают в парафин, и окраска расходится от крупинки в стороны. Пока парафин жидкий (горячий), окрашенная область заметно расширяется и цвет распределяется почти равномерно. После остывания парафин застывает, и окраска перестаёт распространяться.
Объяснение. Молекулы краски и парафина беспорядочно движутся и проникают в промежутки между молекулами друг друга. Это диффузия. В жидком состоянии промежутки между молекулами достаточно велики, а молекулы горячего парафина движутся быстро, поэтому диффузия идёт заметно. В твёрдом остывшем парафине молекулы почти не перемещаются, и процесс практически прекращается.
Вывод: диффузия происходит быстрее в жидкостях, чем в твёрдых телах, и ускоряется при повышении температуры.
Оговорка: многие пигменты не растворяются в парафине, и часть окрашивания создают мельчайшие частицы краски, которые переносятся хаотическим движением молекул (как броуновские частицы); картина зависит от вида краски.
Наблюдения. Капля парафина растекается по стеклу и накрывает краску. Вокруг крупинок краски парафин постепенно окрашивается: цветные частицы проникают в парафин, и окраска расходится от крупинки в стороны. Пока парафин жидкий (горячий), окрашенная область заметно расширяется и цвет распределяется почти равномерно. После остывания парафин застывает, и окраска перестаёт распространяться.
Объяснение. Молекулы краски и парафина беспорядочно движутся и проникают в промежутки между молекулами друг друга. Это диффузия. В жидком состоянии промежутки между молекулами достаточно велики, а молекулы горячего парафина движутся быстро, поэтому диффузия идёт заметно. В твёрдом остывшем парафине молекулы почти не перемещаются, и процесс практически прекращается.
Вывод: диффузия происходит быстрее в жидкостях, чем в твёрдых телах, и ускоряется при повышении температуры.
Оговорка: многие пигменты не растворяются в парафине, и часть окрашивания создают мельчайшие частицы краски, которые переносятся хаотическим движением молекул (как броуновские частицы); картина зависит от вида краски.