Oletko koskaan nähnyt laumoittain pieniä ärsyttäviä kääpiöitä satunnaisesti kuhisevan pään yläpuolella? Joskus näyttää siltä, että ne näyttävät roikkuvan liikkumattomina ilmassa. Toisa alta tämä parvi on liikkumaton, toisa alta sen sisällä olevat hyönteiset liikkuvat jatkuvasti oikealle, vasemmalle, ylös, alas, törmäävät jatkuvasti toisiinsa ja hajoavat jälleen tämän pilven sisällä, ikään kuin näkymätön voima pitäisi niitä yhdessä..
Molekyylien liikkeet ovat yhtä kaoottisia, kun taas keho säilyttää vakaan muodon. Tätä liikettä kutsutaan molekyylien lämpöliikkeeksi.
Brownian liike
Vuonna 1827 kuuluisa brittiläinen kasvitieteilijä Robert Brown tutki mikroskoopilla mikroskooppisten siitepölyhiukkasten käyttäytymistä vedessä. Hän kiinnitti huomion siihen, että hiukkaset liikkuivat jatkuvasti kaoottisessa, loogista uhmaavassa järjestyksessä, eikä tämä satunnainen liike ollut riippuvainen mistään.nesteen liikkeestä, jossa ne olivat, eikä sen haihtumisesta. Siitepölyn pienimmät hiukkaset kuvasivat monimutkaisia, salaperäisiä lentoratoja. On mielenkiintoista, että tällaisen liikkeen intensiteetti ei vähene ajan myötä eikä liity väliaineen kemiallisiin ominaisuuksiin, vaan vain kasvaa, jos tämän väliaineen viskositeetti tai liikkuvien hiukkasten koko pienenee. Lisäksi lämpötilalla on suuri vaikutus molekyylien liikkumisnopeuteen: mitä korkeampi se on, sitä nopeammin hiukkaset liikkuvat.
Diffusion
Kauan sitten ihmiset ymmärsivät, että kaikki maailman aineet koostuvat pienimmistä hiukkasista: ioneista, atomeista, molekyyleistä, ja niiden välillä on aukkoja, ja nämä hiukkaset liikkuvat jatkuvasti ja satunnaisesti.
Diffuusio on seurausta molekyylien lämpöliikkeestä. Esimerkkejä voimme havaita lähes kaikkialla jokapäiväisessä elämässä: niin arjessa kuin villieläimissäkin. Tämä on hajujen leviämistä, erilaisten kiinteiden esineiden liimaamista, nesteiden sekoittamista.
Tieteellisesti diffuusio on ilmiö, jossa yhden aineen molekyylit tunkeutuvat toisen aineen molekyylien välisiin rakoihin.
Kaasut ja diffuusio
Yksinkertaisin esimerkki diffuusiosta kaasuissa on hajujen (sekä miellyttävien että ei niin miellyttävien) melko nopea leviäminen ilmassa.
Diffuusio kaasuissa voi olla äärimmäisen vaarallista, koska tämän ilmiön vuoksi myrkytys hiilimonoksidilla ja muilla myrkyllisillä kaasuilla tapahtuu salaman nopeudella.
Diffuusio nesteisiin
Kaasuissa diffuusio tapahtuu nopeasti, useimmiten sekunneissa, nesteiden diffuusio kestää kokonaisia minuutteja jajoskus jopa tunteja. Se riippuu tiheydestä ja lämpötilasta.
Yksi esimerkki diffuusiosta nesteissä on suolojen, alkoholien ja happojen erittäin nopea liukeneminen, jolloin muodostuu homogeenisia liuoksia lyhyessä ajassa.
Diffuusio kiintoaineissa
Kiinteissä aineissa diffuusio on vaikeinta, normaalissa huone- tai ulkolämpötilassa se on näkymätöntä. Kaikissa moderneissa ja vanhan koulun oppikirjoissa kokeita lyijy- ja kultalevyillä kuvataan esimerkkinä diffuusiosta kiintoaineissa. Tämä koe osoitti, että vasta yli neljän vuoden kuluttua mitätön määrä kultaa tunkeutui lyijyyn ja lyijy tunkeutui kultaan enintään viiden millimetrin syvyyteen. Tämä ero johtuu siitä, että lyijyn tiheys on paljon suurempi kuin kullan tiheys.
Siksi diffuusion nopeus ja intensiteetti eivät vähiten riipu aineen tiheydestä ja molekyylien kaoottisen liikkeen nopeudesta, ja nopeus puolestaan riippuu lämpötilasta. Diffuusio on voimakkaampaa ja nopeampaa korkeammissa lämpötiloissa.
Esimerkkejä leviämisestä jokapäiväisessä elämässä
Emme edes ajattele sitä tosiasiaa, että kohtaamme diffuusioilmiön joka päivä melkein jokaisessa vaiheessa. Siksi tätä ilmiötä pidetään yhtenä fysiikan merkittävimmistä ja mielenkiintoisimmista.
Yksi yksinkertaisimmista esimerkeistä diffuusiosta jokapäiväisessä elämässä on sokerin liukeneminen teehen tai kahviin. Jos pala sokeria laitetaan lasilliseen kiehuvaa vettä, se katoaa hetken kuluttua ilman jälkiä, kun taas nesteen tilavuuskäytännössä ennallaan.
Jos katsot tarkkaan ympärillesi, voit löytää monia esimerkkejä leviämisestä, jotka helpottavat elämäämme:
- pesujauheen, kaliumpermanganaatin, suolan liuotus;
- suihkuttavat ilmanraikastimet;
- kurkkusuihkeet;
- lianan pinnan lian pesu;
- värien sekoittaminen taiteilijan toimesta;
- taikinan vaivaaminen;
- rikkaiden liemien, keittojen ja kastikkeiden, makeiden hillokkeiden ja hedelmäjuomien valmistus.
Vuonna 1638, palatessaan Mongoliasta, suurlähettiläs Vasily Starkov antoi Venäjän tsaarille Mihail Fedorovitšille lahjaksi lähes 66 kg kuivattuja lehtiä, joissa oli outo hapokas aromi. Muskovilaiset, jotka eivät ole koskaan kokeilleet sitä, pitivät tästä kuivatusta kasvista erittäin paljon, ja he käyttävät sitä edelleen mielellään. Tunnistatko hänet? Tietysti tämä on teetä, joka haudutetaan diffuusioilmiön vuoksi.
Esimerkkejä diffuusiosta ympäristössä
Diffuusion rooli ympärillämme olevassa maailmassa on erittäin suuri. Yksi tärkeimmistä diffuusion esimerkkeistä on elävien organismien verenkierto. Ilmasta tuleva happi pääsee keuhkoissa oleviin veren kapillaareihin, liukenee niihin ja leviää koko kehoon. Hiilidioksidi puolestaan diffundoituu kapillaareista keuhkojen alveoleihin. Ruoasta vapautuvat ravintoaineet leviävät soluihin.
Rurmikasvilajeissa leviäminen tapahtuu koko vihreän pinnan läpi, suuremmissa kukkivissa kasveissa - lehtien ja varsien, pensaiden ja puiden - halkeamien kauttarunkojen, oksien ja linssien kuoressa.
Lisäksi esimerkki diffuusiosta ulkomaailmassa on veden ja siihen liuenneiden kivennäisaineiden imeytyminen kasvien juuriston toimesta maaperästä.
Juuri diffuusio on syy siihen, miksi alemman ilmakehän koostumus on heterogeeninen ja koostuu useista kaasuista.
Valitettavasti epätäydellisessä maailmassamme on hyvin harvat ihmiset, jotka eivät tiedä, mitä injektio, joka tunnetaan myös nimellä "injektio", on. Tällainen kivulias mutta tehokas hoito perustuu myös diffuusioilmiöön.
Ympäristön saastuminen: maaperä, ilma, vesistö – nämä ovat myös esimerkkejä leviämisestä luonnossa.
Sinisellä taivaalla sulavat valkoiset pilvet, kaikkien aikojen runoilijoiden rakastama - hän on myös jokaisen ylä- ja lukioopiskelijan tuntema diffuusio!
Joten diffuusio on jotain, jota ilman elämämme olisi paitsi vaikeampaa, myös melkein mahdotonta.
