Mari kita mulai dengan fakta bahwa cairan adalah keadaan peralihan dari agregasi. Pada titik didih kritis, mirip dengan gas, dan pada suhu rendah, karakteristik yang mirip dengan padatan muncul. Cairan tidak memiliki model ideal, yang secara signifikan memperumit deskripsi sifat termodinamika kesetimbangan, titik beku, viskositas, difusi, konduktivitas termal, tegangan permukaan, entropi, entalpi.
Definisi
Apa itu difusi? Ini adalah penyebaran, distribusi, pergerakan partikel medium, yang mengarah pada transfer materi, pembentukan konsentrasi kesetimbangan. Dengan tidak adanya pengaruh eksternal, proses ini ditentukan oleh gerakan termal partikel. Dalam hal ini, proses difusi berbanding lurus dengan konsentrasi. Fluks difusi akan berubah mirip dengan gradien konsentrasi.
Varietas
Jika difusi dalam cairan berlanjut dengan perubahan suhu, itu disebut difusi termal, dalam medan listrik - elektrodifusi.
Proses pergerakan partikel besar dalam cairan atau gas terjadi di bawahhukum gerak Brown.
Fitur aliran
Difusi dalam gas, cairan dan padatan berlangsung pada kecepatan yang berbeda. Karena perbedaan sifat gerakan termal partikel di media yang berbeda, proses memiliki kecepatan maksimum dalam gas, dan kecepatan minimum - dalam padatan.
Lintasan partikel adalah garis putus-putus, karena arah dan kecepatan berubah secara berkala. Karena gerakan yang tidak teratur, pemindahan partikel secara bertahap dari posisi aslinya diamati. Perpindahannya sepanjang garis lurus jauh lebih pendek daripada jalan yang terjadi di sepanjang jalan rusak.
Hukum Fick
Difusi dalam cairan mematuhi dua hukum Fick:
- densitas fluks difusi berbanding lurus dengan konsentrasi dengan koefisien difusi;
- Laju perubahan rapat fluks difusi berbanding lurus dengan laju perubahan konsentrasi dan arahnya berlawanan.
Difusi dalam cairan ditandai dengan lompatan molekul dari satu posisi setimbang ke posisi setimbang lainnya. Setiap lompatan tersebut diamati ketika energi diberikan ke molekul dalam volume yang cukup untuk memutuskan ikatan dengan partikel lain. Lompatan rata-rata tidak melebihi jarak antar molekul.
Saat membahas apa itu difusi dalam cairan, kita perhatikan bahwa prosesnya bergantung pada suhu. Dengan peningkatannya, "melonggarnya" struktur cair terjadi, akibatnya ada peningkatan tajam dalamjumlah lompatan per satuan waktu.
Difusi dalam gas, cairan, dan padatan memiliki beberapa karakteristik yang berbeda. Misalnya, dalam zat padat, mekanismenya terkait dengan pergerakan atom di dalam kisi kristal.
Fitur fenomena
Difusi dalam cairan merupakan kepentingan praktis karena fakta bahwa itu disertai dengan pemerataan konsentrasi suatu zat dalam medium awalnya tidak homogen. Secara signifikan lebih banyak partikel lolos dari area dengan konsentrasi tinggi.
Eksperimen
Eksperimen dengan cairan telah menunjukkan bahwa difusi sangat penting dalam kinetika kimia. Selama proses kimia pada permukaan reaktan atau katalis, proses ini berkontribusi pada penentuan laju penghilangan produk reaksi dan penambahan reagen awal.
Apa yang menjelaskan difusi dalam cairan? Molekul pelarut mampu menembus membran tembus cahaya, menghasilkan tekanan osmotik. Fenomena ini telah ditemukan aplikasinya dalam metode kimia dan fisika untuk pemisahan zat.
Sistem biologis
Dalam hal ini, model difusi dapat dipertimbangkan pada contoh oksigen udara yang masuk ke paru-paru, penyerapan produk pencernaan dari usus ke dalam darah, penyerapan unsur mineral oleh rambut akar. Difusi ion terjadi selama pembangkitan impuls bioelektrik oleh sel otot dan saraf.
Faktor fisik yang mempengaruhiselektivitas akumulasi dalam sel-sel tubuh unsur-unsur tertentu, adalah tingkat yang berbeda dari penetrasi ion melalui membran sel. Proses ini dapat dinyatakan dengan hukum Fick, mengganti nilai koefisien difusi dengan permeabilitas membran, dan sebagai ganti gradien konsentrasi, gunakan perbedaan nilai di kedua sisi membran. Dengan penetrasi difusi air dan gas ke dalam sel, indikator tekanan osmotik di luar dan di dalam sel berubah.
Menganalisis apa yang bergantung pada difusi, kami mencatat bahwa ada beberapa jenis proses ini. Bentuk sederhana dikaitkan dengan transfer bebas ion dan molekul menuju gradien potensial elektrokimia mereka. Misalnya, opsi ini cocok untuk zat yang molekulnya berukuran kecil, misalnya, metil alkohol, air.
Varian terbatas mengasumsikan transfer materi yang lemah. Misalnya, bahkan partikel kecil pun tidak dapat menembus ke dalam sel.
Halaman Sejarah
Difusi ditemukan pada masa kejayaan budaya Yunani kuno. Democritus dan Anaxogoras yakin bahwa zat apa pun terdiri dari atom. Mereka menjelaskan berbagai zat yang umum di alam dengan hubungan antara atom individu. Mereka berasumsi bahwa partikel-partikel ini dapat bercampur membentuk zat baru. Di antara pendiri teori molekuler-kinetik, yang menjelaskan mekanisme difusi, Mikhail Lomonosov memainkan peran khusus. Mereka memberikan definisi molekul, atom, dan menjelaskan mekanisme disolusi.
Eksperimen
Pengalaman dengan gula memungkinkan Anda memahami semua fitur difusi. Jika Anda memasukkan sepotong gula ke dalam teh dingin, sirup kental secara bertahap akan terbentuk di bagian bawah cangkir. Itu terlihat dengan mata telanjang. Setelah beberapa waktu, sirup akan didistribusikan secara merata ke seluruh volume cairan dan tidak akan terlihat lagi. Proses ini berlangsung secara spontan dan tidak melibatkan pencampuran komponen larutan. Demikian pula, aroma parfum menyebar ke seluruh ruangan.
Percobaan di atas menunjukkan bahwa difusi adalah proses spontan penetrasi molekul dari satu zat ke zat lain. Penyebaran materi terjadi ke segala arah, meskipun ada gravitasi. Proses seperti itu merupakan konfirmasi langsung dari pergerakan konstan molekul materi.
Jadi, dalam contoh di atas, difusi molekul gula dan air dilakukan, yang disertai dengan distribusi molekul bahan organik yang seragam di seluruh volume cairan.
Eksperimen memungkinkan untuk mendeteksi difusi tidak hanya dalam cairan, tetapi juga dalam zat gas. Misalnya, Anda dapat memasang wadah dengan uap eter pada timbangan. Secara bertahap, cangkir akan menjadi seimbang, kemudian gelas eter akan lebih berat. Apa alasan dari fenomena ini?
Seiring waktu, molekul eter bercampur dengan partikel udara, dan bau tertentu mulai terasa di dalam ruangan. Dalam kursus fisika sekolah menengah, sebuah eksperimen dianggap di mana seorang guru melarutkan sebutir kalium permanganat (kalium permanganat) dalam air. Pada awalnya, lintasan pergerakan butir yang jelas terlihat,tetapi secara bertahap seluruh solusi memperoleh warna yang seragam. Berdasarkan percobaan, guru menjelaskan ciri-ciri difusi.
Untuk mengidentifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan proses dalam cairan, Anda dapat menggunakan air dengan suhu yang berbeda. Dalam cairan panas, proses saling pencampuran molekul diamati lebih cepat, oleh karena itu, ada hubungan langsung antara nilai suhu dan laju difusi.
Kesimpulan
Eksperimen yang dilakukan dengan gas, cairan, dan padatan memungkinkan untuk merumuskan hukum fisika, menetapkan hubungan antara besaran individu.
Sebagai hasil dari eksperimen, mekanisme penetrasi timbal balik partikel dari satu zat ke zat lain ditetapkan, sifat kacau gerakan mereka terbukti. Secara empiris, ditemukan bahwa difusi terjadi paling cepat dalam zat gas. Proses ini sangat penting bagi satwa liar, digunakan dalam ilmu pengetahuan dan teknologi.
Berkat fenomena ini, komposisi homogen atmosfer bumi tetap terjaga. Jika tidak, stratifikasi troposfer menjadi zat gas yang terpisah akan diamati, dan karbon dioksida berat, yang tidak cocok untuk bernafas, akan berada paling dekat dengan permukaan planet kita. Apa yang akan terjadi? Satwa liar akan lenyap begitu saja.
Peran difusi di dunia tumbuhan juga besar. Mahkota pohon yang rimbun dapat dijelaskan dengan pertukaran difusi melalui permukaan daun. Akibatnya, tidak hanya pernapasan yang dilakukan, tetapi juga nutrisi pohon. Saat ini di pertanianmakan daun semak dan pohon digunakan, yang melibatkan penyemprotan mahkota dengan senyawa kimia khusus.
Selama difusi, tanaman menerima nutrisi dari tanah. Proses fisiologis yang terjadi pada organisme hidup juga terkait dengan fenomena ini. Misalnya, keseimbangan garam tidak mungkin terjadi tanpa difusi. Proses tersebut sangat penting dalam memasok danau dan sungai dengan oksigen. Gas memasuki kedalaman reservoir secara tepat melalui difusi. Jika proses seperti itu tidak ada, kehidupan di dalam reservoir tidak akan ada lagi.
Asupan obat yang memungkinkan seseorang melindungi dirinya dari patogen berbagai penyakit dan meningkatkan kesejahteraan juga didasarkan pada difusi. Fenomena ini digunakan dalam pengelasan logam, produksi jus gula dari keripik bit, dan persiapan kembang gula. Sulit untuk menemukan cabang industri modern yang tidak menggunakan difusi.
