เริ่มจากความจริงที่ว่าของเหลวเป็นสถานะการรวมตัวระดับกลาง ที่จุดเดือดวิกฤต จะคล้ายกับก๊าซ และที่อุณหภูมิต่ำ จะมีลักษณะเฉพาะคล้ายกับของแข็ง ของเหลวไม่มีรูปแบบในอุดมคติ ซึ่งทำให้คำอธิบายของคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์สมดุล จุดเยือกแข็ง ความหนืด การแพร่กระจาย การนำความร้อน แรงตึงผิว เอนโทรปี และเอนทาลปีมีความซับซ้อนซับซ้อนอย่างมาก
คำจำกัดความ
การแพร่กระจายคืออะไร? นี่คือการแพร่กระจาย การกระจาย การเคลื่อนที่ของอนุภาคของตัวกลาง ซึ่งนำไปสู่การถ่ายโอนของสสาร การสร้างความเข้มข้นของสมดุล ในกรณีที่ไม่มีอิทธิพลจากภายนอก กระบวนการนี้จะถูกกำหนดโดยการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาค ในกรณีนี้ กระบวนการแพร่จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้น ฟลักซ์การแพร่จะเปลี่ยนในลักษณะเดียวกับการไล่ระดับความเข้มข้น
พันธุ์
หากการแพร่ในของเหลวเกิดขึ้นพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ จะเรียกว่าการแพร่ทางความร้อนในสนามไฟฟ้า - อิเล็กโตรดิฟฟิวชัน
กระบวนการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดใหญ่ในของเหลวหรือก๊าซภายใต้กฎการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน
คุณสมบัติของการไหล
การแพร่กระจายของก๊าซ ของเหลว และของแข็งด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน เนื่องจากความแตกต่างในธรรมชาติของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคในตัวกลางต่างๆ กระบวนการจึงมีความเร็วสูงสุดในก๊าซและอัตราต่ำสุดในของแข็ง
วิถีของอนุภาคเป็นเส้นขาด เนื่องจากทิศทางและความเร็วเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ เนื่องจากการเคลื่อนที่ที่ไม่เป็นระเบียบ จึงสังเกตเห็นการเคลื่อนอนุภาคออกจากตำแหน่งเดิมอย่างค่อยเป็นค่อยไป การกระจัดของมันเป็นเส้นตรงนั้นสั้นกว่าทางที่เกิดขึ้นตามทางที่หักมาก
กฎของฟิค
การแพร่กระจายในของเหลวเป็นไปตามกฎของฟิคสองข้อ:
- ความหนาแน่นของฟลักซ์การแพร่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นพร้อมค่าสัมประสิทธิ์การแพร่
- อัตราการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของฟลักซ์การแพร่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นและมีทิศทางตรงกันข้าม
การแพร่กระจายในของเหลวมีลักษณะเฉพาะด้วยการกระโดดของโมเลกุลจากตำแหน่งสมดุลหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่ง การกระโดดแต่ละครั้งจะสังเกตได้เมื่อมีการส่งพลังงานให้กับโมเลกุลในปริมาตรที่เพียงพอที่จะทำลายพันธะกับอนุภาคอื่นๆ การกระโดดเฉลี่ยไม่เกินระยะห่างระหว่างโมเลกุล
เมื่อพูดถึงการแพร่ของของเหลว เราทราบว่ากระบวนการขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ด้วยการเพิ่มขึ้น "คลาย" ของโครงสร้างของเหลวเกิดขึ้นซึ่งเป็นผลมาจากการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในจำนวนการกระโดดต่อหน่วยเวลา
การแพร่กระจายของก๊าซ ของเหลว และของแข็งมีลักษณะเฉพาะบางประการ ตัวอย่างเช่น ในของแข็ง กลไกจะสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของอะตอมภายในโครงผลึก
ลักษณะของปรากฏการณ์
การแพร่กระจายในของเหลวเป็นสิ่งที่น่าสนใจในทางปฏิบัติเนื่องจากมีการปรับสมดุลความเข้มข้นของสารในตัวกลางที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันในขั้นต้น มีอนุภาคหลบหนีออกจากพื้นที่ที่มีความเข้มข้นสูงมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด
การทดลอง
การทดลองกับของเหลวแสดงให้เห็นว่าการแพร่มีความสำคัญเป็นพิเศษในจลนพลศาสตร์ทางเคมี ในระหว่างกระบวนการทางเคมีบนพื้นผิวของสารตั้งต้นหรือตัวเร่งปฏิกิริยา กระบวนการนี้มีส่วนช่วยในการกำหนดอัตราการขจัดผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาและการเติมสารตั้งต้น
อะไรอธิบายการแพร่กระจายของของเหลว? โมเลกุลของตัวทำละลายสามารถทะลุผ่านเยื่อโปร่งแสงได้ ส่งผลให้เกิดแรงดันออสโมติก ปรากฏการณ์นี้พบการประยุกต์ใช้ในวิธีการทางเคมีและกายภาพสำหรับการแยกสาร
ระบบชีวภาพ
ในกรณีนี้ แบบจำลองการแพร่กระจายสามารถพิจารณาได้จากตัวอย่างอากาศที่ออกซิเจนเข้าสู่ปอด การดูดซึมผลิตภัณฑ์ย่อยอาหารจากลำไส้เข้าสู่กระแสเลือด การดูดซึมแร่ธาตุโดยขนราก การแพร่กระจายของไอออนเกิดขึ้นระหว่างการสร้างแรงกระตุ้นทางชีวภาพโดยเซลล์กล้ามเนื้อและเส้นประสาท
ปัจจัยทางกายภาพที่ส่งผลกระทบการคัดเลือกของการสะสมในเซลล์ของร่างกายขององค์ประกอบบางอย่างคืออัตราการแทรกซึมของไอออนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ที่แตกต่างกัน กระบวนการนี้สามารถแสดงได้โดยกฎของฟิค โดยแทนที่ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ด้วยการซึมผ่านของเมมเบรน และแทนที่การไล่ระดับความเข้มข้น ให้ใช้ค่าความแตกต่างของค่าทั้งสองด้านของเมมเบรน ด้วยการแทรกซึมของน้ำและก๊าซเข้าไปในเซลล์ ตัวบ่งชี้แรงดันออสโมติกภายนอกและภายในเซลล์จะเปลี่ยนไป
การวิเคราะห์ว่าการแพร่กระจายขึ้นอยู่กับอะไร เราทราบว่ากระบวนการนี้มีหลายประเภท รูปแบบที่เรียบง่ายเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนไอออนและโมเลกุลอย่างอิสระไปสู่การไล่ระดับศักย์ไฟฟ้าเคมีของพวกมัน ตัวอย่างเช่น ตัวเลือกนี้เหมาะสำหรับสารที่โมเลกุลมีขนาดเล็ก เช่น เมทิลแอลกอฮอล์ น้ำ
ตัวแปรจำกัดถือว่าถ่ายโอนสสารที่อ่อนแอ ตัวอย่างเช่น อนุภาคขนาดเล็กก็ไม่สามารถเจาะเข้าไปในเซลล์ได้
หน้าประวัติศาสตร์
การแพร่กระจายถูกค้นพบในช่วงรุ่งเรืองของวัฒนธรรมกรีกโบราณ เดโมคริตุสและอนาโซโกรัสเชื่อว่าสารใดๆ ที่ประกอบด้วยอะตอม พวกเขาอธิบายความหลากหลายของสารที่มีอยู่ในธรรมชาติโดยการเชื่อมต่อระหว่างอะตอมแต่ละตัว พวกเขาสันนิษฐานว่าอนุภาคเหล่านี้สามารถผสมเพื่อสร้างสารใหม่ได้ ในบรรดาผู้ก่อตั้งทฤษฎีโมเลกุล - จลนศาสตร์ซึ่งอธิบายกลไกของการแพร่กระจาย Mikhail Lomonosov มีบทบาทพิเศษ พวกเขาให้คำจำกัดความของโมเลกุล อะตอม และอธิบายกลไกการละลาย
การทดลอง
ประสบการณ์กับน้ำตาลช่วยให้คุณเข้าใจคุณสมบัติทั้งหมดของการแพร่กระจาย ถ้าคุณใส่น้ำตาลสักชิ้นลงในชาเย็น น้ำเชื่อมข้นจะค่อยๆ ก่อตัวขึ้นที่ด้านล่างของถ้วย จะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า หลังจากผ่านไประยะหนึ่ง น้ำเชื่อมจะถูกกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วปริมาตรของของเหลวและจะไม่ปรากฏให้เห็นอีกต่อไป กระบวนการนี้ดำเนินไปตามธรรมชาติและไม่เกี่ยวข้องกับการผสมส่วนประกอบของสารละลาย กลิ่นหอมของน้ำหอมก็กระจายไปทั่วห้องเช่นเดียวกัน
การทดลองข้างต้นแสดงให้เห็นว่าการแพร่กระจายเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองของการแทรกซึมของโมเลกุลของสารหนึ่งไปยังอีกสารหนึ่ง การแพร่กระจายของสสารเกิดขึ้นในทุกทิศทาง แม้จะมีแรงโน้มถ่วงอยู่ก็ตาม กระบวนการดังกล่าวเป็นการยืนยันโดยตรงถึงการเคลื่อนที่คงที่ของโมเลกุลของสสาร
ดังนั้น ในตัวอย่างข้างต้น การแพร่กระจายของโมเลกุลน้ำตาลและน้ำจึงเกิดขึ้น ซึ่งมาพร้อมกับการกระจายตัวของโมเลกุลอินทรียวัตถุที่สม่ำเสมอตลอดปริมาตรของของเหลว
การทดลองทำให้สามารถตรวจจับการแพร่ได้ ไม่เพียงแต่ในของเหลว แต่ยังรวมถึงในสารที่เป็นก๊าซด้วย ตัวอย่างเช่น คุณสามารถติดตั้งภาชนะที่มีไออีเทอร์บนตาชั่งได้ ถ้วยจะค่อยๆ สมดุล จากนั้นแก้วอีเทอร์จะหนักขึ้น อะไรคือสาเหตุของปรากฏการณ์นี้?
เมื่อเวลาผ่านไป โมเลกุลอีเธอร์จะผสมกับอนุภาคในอากาศ และเริ่มรู้สึกถึงกลิ่นเฉพาะในห้อง ในหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียนมัธยมศึกษาตอนปลาย มีการพิจารณาการทดลองโดยที่ครูจะละลายเม็ดโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (โปแตสเซียมเปอร์แมงกาเนต) ในน้ำ ในตอนแรกจะเห็นวิถีการเคลื่อนที่ของเมล็ดพืชที่ชัดเจนแต่ค่อยๆ สารละลายทั้งหมดได้เฉดสีที่สม่ำเสมอ จากการทดลอง อาจารย์อธิบายลักษณะของการแพร่กระจาย
ในการระบุปัจจัยที่ส่งผลต่อความเร็วของกระบวนการในของเหลว คุณสามารถใช้น้ำที่มีอุณหภูมิต่างกันได้ ในของเหลวร้อน กระบวนการผสมกันของโมเลกุลจะสังเกตเห็นได้เร็วกว่ามาก ดังนั้นจึงมีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างค่าอุณหภูมิและอัตราการแพร่
สรุป
การทดลองกับก๊าซ ของเหลว และของแข็งทำให้สามารถกำหนดกฎฟิสิกส์ สร้างความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณแต่ละตัวได้
เป็นผลจากการทดลองที่กลไกการแทรกซึมซึ่งกันและกันของอนุภาคของสารหนึ่งไปสู่อีกสารหนึ่งได้รับการพิสูจน์ลักษณะการเคลื่อนที่ของพวกมันที่วุ่นวายได้รับการพิสูจน์แล้ว จากการทดลองพบว่าการแพร่เกิดขึ้นได้เร็วที่สุดในสารที่เป็นก๊าซ กระบวนการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับสัตว์ป่า ใช้ในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
ด้วยปรากฏการณ์นี้ องค์ประกอบที่เป็นเนื้อเดียวกันของชั้นบรรยากาศโลกจึงยังคงอยู่ มิฉะนั้น จะสังเกตการแบ่งชั้นของโทรโพสเฟียร์ให้กลายเป็นสารก๊าซที่แยกจากกัน และคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณมาก ซึ่งไม่เหมาะสมสำหรับการหายใจ จะอยู่ใกล้พื้นผิวโลกมากที่สุด มันจะนำไปสู่อะไร? สัตว์ป่าก็จะหยุดอยู่เพียงแค่นั้น
บทบาทของการแพร่กระจายในโลกของพืชก็ยอดเยี่ยมเช่นกัน มงกุฎเขียวชอุ่มของต้นไม้สามารถอธิบายได้ด้วยการแลกเปลี่ยนการแพร่กระจายผ่านพื้นผิวของใบ เป็นผลให้ไม่เพียง แต่การหายใจเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโภชนาการของต้นไม้ด้วย ปัจจุบันอยู่ในการเกษตรใช้การให้อาหารทางใบของพุ่มไม้และต้นไม้ซึ่งเกี่ยวข้องกับการฉีดพ่นสารเคมีพิเศษที่มงกุฎ
เป็นช่วงแพร่กระจายที่พืชได้รับสารอาหารจากดิน กระบวนการทางสรีรวิทยาที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตก็เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์นี้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น ความสมดุลของเกลือเป็นไปไม่ได้หากไม่มีการแพร่กระจาย กระบวนการดังกล่าวมีความสำคัญอย่างยิ่งในการจัดหาออกซิเจนในทะเลสาบและแม่น้ำ ก๊าซเข้าสู่ระดับความลึกของอ่างเก็บน้ำได้อย่างแม่นยำโดยการแพร่กระจาย หากไม่มีกระบวนการดังกล่าว ชีวิตในอ่างเก็บน้ำก็จะหมดสิ้น
การบริโภคยาที่ช่วยให้บุคคลสามารถป้องกันตนเองจากเชื้อโรคต่างๆ และปรับปรุงความเป็นอยู่ที่ดีก็ขึ้นอยู่กับการแพร่กระจายเช่นกัน ปรากฏการณ์นี้ใช้ในการเชื่อมโลหะ การผลิตน้ำน้ำตาลจากบีทรูทชิป และการเตรียมขนม เป็นการยากที่จะหาสาขาของอุตสาหกรรมสมัยใหม่ที่ไม่มีการแพร่กระจาย
