Povzetek: Tema: »Difuzija v živi in neživi naravi. Difuzija Vloga difuzije v prehrani rastlin
Difuzija
Primer difuzije je mešanje plinov (na primer širjenje vonjav) ali tekočin (če črnilo spustimo v vodo, bo tekočina čez nekaj časa postala enakomerno obarvana). Drug primer je povezan s trdno snovjo: atomi kovin v stiku so pomešani na kontaktni meji. Difuzija delcev ima pomembno vlogo v fiziki plazme.
Običajno se pod difuzijo razumejo procesi, ki jih spremlja prenos snovi, včasih pa se difuzija imenujejo tudi drugi procesi prenosa: toplotna prevodnost, viskozno trenje itd.
Hitrost difuzije je odvisna od številnih dejavnikov. Tako v primeru kovinske palice toplotna difuzija poteka zelo hitro. Če je palica izdelana iz sintetičnega materiala, je toplotna difuzija počasna. Difuzija molekul v splošnem primeru poteka še počasneje. Na primer, če kocko sladkorja spustimo na dno kozarca vode in vode ne mešamo, bo minilo nekaj tednov, preden raztopina postane homogena. Difuzija ene trdne snovi v drugo poteka še počasneje. Na primer, če je baker pokrit z zlatom, bo prišlo do difuzije zlata v baker, vendar bo v normalnih pogojih (sobna temperatura in atmosferski tlak) zlatonosna plast dosegla debelino nekaj mikronov šele po nekaj tisoč letih.
Kvantitativni opis difuzijskih procesov je podal nemški fiziolog A. Fick ( angleščina) leta 1855
splošen opis
Vse vrste difuzije so v skladu z istimi zakoni. Hitrost difuzije je sorazmerna s površino prečnega prereza vzorca, pa tudi z razliko v koncentracijah, temperaturah ali nabojih (v primeru sorazmerno majhnih vrednosti teh parametrov). Tako se bo toplota štirikrat hitreje širila skozi palico s premerom dveh centimetrov kot skozi palico s premerom enega centimetra. Ta toplota se bo hitreje širila, če bo temperaturna razlika na centimeter 10 °C namesto 5 °C. Hitrost difuzije je sorazmerna tudi s parametrom, ki označuje določen material. V primeru toplotne difuzije se ta parameter imenuje toplotna prevodnost, v primeru toka električnih nabojev - električna prevodnost. Količina snovi, ki razprši v določenem času, in razdalja, ki jo prepotuje difuzijska snov, sta sorazmerni s kvadratnim korenom časa difuzije.
Difuzija je proces na molekularni ravni in je določen z naključno naravo gibanja posameznih molekul. Hitrost difuzije je torej sorazmerna s povprečno molekulsko hitrostjo. Pri plinih je povprečna hitrost majhnih molekul višja, in sicer je obratno sorazmerna s kvadratnim korenom molekulske mase in narašča z naraščanjem temperature. V praksi se pogosto uporabljajo difuzijski procesi v trdnih snoveh pri visokih temperaturah. Na primer, nekatere vrste katodnih cevi (CRT) uporabljajo kovinski torij, razpršen skozi kovinski volfram pri 2000 ° C.
Če je v mešanici plinov masa ene molekule štirikrat večja od druge, potem se taka molekula giblje dvakrat počasneje v primerjavi s gibanjem v čistem plinu. V skladu s tem je tudi njegova stopnja difuzije nižja. Ta razlika v stopnjah difuzije lahkih in težkih molekul se uporablja za ločevanje snovi z različno molekulsko maso. Primer je ločevanje izotopov. Če plin, ki vsebuje dva izotopa, spustimo skozi porozno membrano, lažji izotopi prodrejo skozi membrano hitreje kot težji. Za boljše ločevanje se postopek izvaja v več fazah. Ta postopek je bil široko uporabljen za ločevanje uranovih izotopov (ločitev 235 U od glavne mase 238 U). Ker je ta metoda ločevanja energetsko intenzivna, so bile razvite druge, bolj ekonomične metode ločevanja. Na primer, uporaba toplotne difuzije v plinastem mediju je široko razvita. Plin, ki vsebuje mešanico izotopov, se postavi v komoro, v kateri se vzdržuje prostorska temperaturna razlika (gradient). V tem primeru se težki izotopi sčasoma koncentrirajo v hladnem območju.
Fickove enačbe
Z vidika termodinamike je gonilni potencial katerega koli procesa izravnave rast entropije. Pri konstantnem tlaku in temperaturi ta potencial igra kemični potencial µ , kar povzroča vzdrževanje tokov snovi. Pretok delcev snovi je sorazmeren potencialnemu gradientu
~V večini praktičnih primerov se namesto kemičnega potenciala uporablja koncentracija C... Neposredna zamenjava µ na C postane v primeru visokih koncentracij napačna, saj kemični potencial po logaritemskem zakonu preneha biti povezan s koncentracijo. Če takšnih primerov ne upoštevate, lahko zgornjo formulo nadomestite z naslednjim:
kar kaže, da je gostota pretoka snovi J sorazmerno z difuzijskim koeficientom D[()] in koncentracijski gradient. Ta enačba izraža prvi Fickov zakon. Fickov drugi zakon povezuje prostorske in časovne spremembe koncentracije (difuzijska enačba):
Difuzijski koeficient D odvisno od temperature. V nekaterih primerih je v širokem temperaturnem območju ta odvisnost Arrheniusova enačba.
Dodatno polje, uporabljeno vzporedno z gradientom kemičnega potenciala, krši stabilno stanje. V tem primeru so difuzijski procesi opisani z nelinearno Fokker-Planckovo enačbo. Difuzijski procesi so v naravi zelo pomembni:
- Prehrana, dihanje živali in rastlin;
- Prodor kisika iz krvi v človeško tkivo.
Geometrijski opis Fickove enačbe
V drugi Fickovi enačbi je na levi strani hitrost spremembe koncentracije v času, na desni strani enačbe pa je drugi delni izvod, ki izraža prostorsko porazdelitev koncentracije, zlasti konveksnost porazdelitve temperature funkcija, projicirana na os x.
Poglej tudi
- Površinska difuzija je proces, povezan s gibanjem delcev, ki se pojavi na površini zgoščenega telesa znotraj prve površinske plasti atomov (molekul) ali čez to plast.
Opombe (uredi)
Literatura
- Bokshtein B.S. Atomi se sprehajajo po kristalu. - M .: Nauka, 1984 .-- 208 str. - (Knjižnica "Quant". 28. številka). - 150.000 izvodov
Povezave
- Difuzija (video vadnica, program za 7. razred)
- Difuzija atomov nečistoč na površini posameznega kristala
Fundacija Wikimedia. 2010.
Sopomenke:Poglejte, kaj je "Diffusion" v drugih slovarjih:
- [lat. diffusio širjenje, širjenje] fizikal., kem. prodiranje molekul ene snovi (plina, tekočine, trdne snovi) v drugo, ko pridejo v neposreden stik ali skozi porozno pregrado. Slovar tujih besed. Komlev N.G., ... ... Slovar tujih besed ruskega jezika
Difuzija- - prodiranje delcev ene snovi v medij delcev druge snovi, ki nastane kot posledica toplotnega gibanja v smeri zniževanja koncentracije druge snovi. [Bloom E. E. Slovar osnovnih metalografskih izrazov. Jekaterinburg … Enciklopedija izrazov, definicij in razlag gradbenih materialov
Sodobna enciklopedija
- (iz lat. diffusio širjenje širjenje, razprševanje), gibanje delcev medija, ki vodi do prenosa snovi in izenačevanja koncentracij ali do vzpostavitve ravnotežne porazdelitve koncentracij delcev določene vrste v mediju. V odsotnosti … … Veliki enciklopedični slovar
DIFUZIJA, premik snovi v zmesi iz območja visoke koncentracije v območje nizke koncentracije, ki ga povzroča naključno gibanje posameznih atomov ali molekul. Difuzija se ustavi, ko koncentracijski gradient izgine. Hitrost … … Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar
difuzijo- in, w. difuzija f., nem. Difuzija lat. diffusio širjenje, širjenje. Medsebojno prodiranje kontaktnih snovi druga v drugo zaradi toplotnega gibanja molekul in atomov. Difuzija plinov, tekočin. ALS 2. || prenos Oni… … Zgodovinski slovar ruskih galicizmov
Difuzija- (iz latinskega diffusio širjenje, širjenje, razpršitev), gibanje delcev medija, ki vodi do prenosa snovi in izenačitve koncentracij oziroma vzpostavitve njihove ravnotežne porazdelitve. Običajno je difuzija določena s toplotnim gibanjem ... ... Ilustrirani enciklopedični slovar
Gibanje delcev v smeri zmanjševanja njihove koncentracije zaradi toplotnega gibanja. D. vodi do izenačitve koncentracij difuzijske snovi in enakomernega polnjenja volumna z delci. Geološka enciklopedija
Absolutno vsi ljudje so slišali za tak koncept, kot je difuzija. To je bila ena od tem pri pouku fizike v 7. razredu. Kljub temu, da nas ta pojav obdaja absolutno povsod, le malo ljudi ve zanj. Kaj to navsezadnje pomeni? Kaj je to fizični pomen, in kako lahko z njim olajšate življenje? Danes bomo govorili o tem.
V stiku z
Difuzija v fiziki: definicija
To je proces prodiranja molekul ene snovi med molekule druge snovi. Preprosto povedano, lahko ta postopek imenujemo mešanje. Med tem mešanje pride do medsebojnega prodiranja molekul snovi med seboj... Na primer, pri pripravi kave topne molekule kave prodrejo v molekule vode in obratno.
Hitrost tega fizičnega procesa je odvisna od naslednjih dejavnikov:
- Temperatura.
- Agregatno stanje snovi.
- Zunanji vpliv.
Višja kot je temperatura snovi, hitreje se gibljejo molekule. zato postopek mešanja hitreje pri visokih temperaturah.
Agregatno stanje snovi - najpomembnejši dejavnik... V vsakem agregacijskem stanju se molekule premikajo z določeno hitrostjo.
Difuzija se lahko pojavi v naslednjih agregacijskih stanjih:
- Tekočina.
- Trdno.
Najverjetneje bo bralec imel naslednja vprašanja:
- Kateri so vzroki za difuzijo?
- Kam hitreje teče?
- Kako se uporablja v resničnem življenju?
Odgovore nanje najdete spodaj.
Vzroki za nastanek
Absolutno vse na tem svetu ima svoj razlog. IN difuzija ni izjema... Fiziki se dobro zavedajo razlogov za njen nastanek. In kako jih prenesti navadnemu človeku?
Zagotovo so vsi slišali, da so molekule v nenehnem gibanju. Poleg tega je to gibanje neurejeno in kaotično, njegova hitrost pa zelo visoka. Zahvaljujoč temu gibanju in nenehnemu trku molekul pride do njihovega medsebojnega prodiranja.
Ali obstajajo dokazi o tem gibanju? Vsekakor! Se spomnite, kako hitro ste začeli vonjati parfum ali deodorant? In vonj hrane, ki jo vaša mama pripravlja v kuhinji? Spomnite se, kako hitro čaj ali kava se pripravlja... Vse to se ne bi moglo zgoditi, če ne bi bilo gibanja molekul. Sklepamo, da je glavni razlog za difuzijo nenehno gibanje molekul.
Zdaj ostaja samo eno vprašanje – kaj je razlog za to gibanje? To je posledica želje po ravnovesju. To pomeni, da so v snovi območja z visoko in nizko koncentracijo teh delcev. In zaradi te aspiracije se nenehno premikajo iz območja z visoko koncentracijo v nizko koncentracijo. Nenehno so trčijo med seboj, in pride do medsebojnega prodiranja.
Difuzija v plinih
Proces mešanja delcev v plinih je najhitrejši. Pojavi se lahko tako med homogenimi plini kot med plini z različnimi koncentracijami.
Živi primeri iz življenja:
- Osvežilec zraka lahko zavohate z difuzijo.
- Zavohaš kuhano hrano. Upoštevajte, da začnete vonjati takoj, vonj osvežilca pa po nekaj sekundah. To je posledica dejstva, da je pri visokih temperaturah hitrost gibanja molekul večja.
- Solze, ki jih dobite pri sekljanju čebule. Molekule čebule se mešajo z molekulami zraka in vaše oči se na to odzovejo.
Kako poteka difuzija v tekočinah
Difuzija v tekočinah je počasnejša. Traja lahko od nekaj minut do nekaj ur.
Najbolj presenetljivi primeri iz življenja:
- Priprava čaja ali kave.
- Mešanje vode in kalijevega permanganata.
- Priprava raztopine soli ali sode.
V teh primerih difuzija poteka zelo hitro (do 10 minut). Če pa se na postopek uporabi zunanji vpliv, na primer mešanje teh raztopin z žlico, bo postopek šel veliko hitreje in ne bo trajal več kot eno minuto.
Difuzija pri mešanju gostejših tekočin bo trajala veliko dlje. Na primer, mešanje dveh tekočih kovin lahko traja več ur. Seveda je to mogoče storiti v nekaj minutah, a v tem primeru se bo izkazalo zlitina slabe kakovosti.
Na primer, difuzija pri mešanju majoneze in kisle smetane bo trajala zelo dolgo. Če pa se zatečete k pomoči zunanjega vpliva, potem ta proces ne bo trajal niti minute.
Difuzija v trdnih snoveh: primeri
V trdnih snoveh je medsebojno prodiranje delcev zelo počasno. Ta proces lahko traja več let. Njegovo trajanje je odvisno od sestave snovi in strukture njene kristalne mreže.
Poskusi, ki dokazujejo, da obstaja difuzija v trdnih snoveh.
- Lepljenje dveh plošč različnih kovin. Če ti dve plošči držite tesno drug ob drugem in pod pritiskom, bo pet let med njima plast, široka 1 milimeter. Ta majhna plast bo vsebovala molekule obeh kovin. Ti dve plošči bosta združeni.
- Na tanek svinčeni valj se nanese zelo tanek sloj zlata. Nato to strukturo postavimo v pečico za 10 dni. Temperatura zraka v pečici je 200 stopinj Celzija. Ko je bil ta valj razrezan na tanke kolute, je bilo zelo jasno vidno, da je svinec prodrl v zlato in obratno.
Primeri difuzije v zunanjem svetu
Kot ste že razumeli, trši kot je medij, počasnejša je hitrost mešanja molekul. Zdaj pa se pogovorimo o tem, kje v resničnem življenju lahko dobite praktične koristi od tega fizičnega pojava.
Proces difuzije poteka v našem življenju ves čas. Tudi ko ležimo na postelji, ostane na površini rjuhe zelo tanek sloj naše kože. Vanjo se vpije tudi znoj. Prav zaradi tega postane postelja umazana in jo je treba zamenjati.
Torej, manifestacija tega procesa v vsakdanjem življenju je lahko naslednja:
- Ko se maslo namaže na kruh, se vanj vpije.
- Pri soljenju kumar se sol najprej razprši z vodo, nato pa začne slana voda difundirati s kumarami. Kot rezultat dobimo okusen prigrizek. Banke je treba zaviti. To je zato, da voda ne izhlapi. Natančneje, molekule vode ne smejo difundirati z molekulami zraka.
- Pri pomivanju posode molekule vode in detergenta prodrejo v molekule preostalih kosov hrane. To jim pomaga, da se ločijo od plošče in postanejo čistejše.
Manifestacija difuzije v naravi:
- Proces oploditve poteka ravno zaradi tega fizičnega pojava. Molekule jajčeca in semenčice se razpršijo, nato pa se pojavi zarodek.
- Gnojenje tal. Z uporabo določenih kemikalij ali komposta postanejo tla bolj rodovitna. Zakaj se to dogaja? Bistvo je, da se molekule gnojil razpršijo z molekulami tal. Nato pride do procesa difuzije med molekulami tal in korenino rastline. Zahvaljujoč temu bo sezona bolj produktivna.
- Mešanje industrijskih odpadkov z zrakom jih močno onesnažuje. Zaradi tega postane zrak v polmeru kilometra zelo umazan. Njegove molekule difundirajo z molekulami čistega zraka iz sosednjih območij. Tako se ekološka situacija v mestu poslabšuje.
Manifestacija tega procesa v industriji:
- Silikonizacija je proces difuzijske nasičenosti s silicijem. Izvaja se v plinasti atmosferi. S silicijem nasičena plast dela nima zelo visoke trdote, vendar ima visoko odpornost proti koroziji in povečano odpornost proti obrabi v morski vodi, dušikovi, klorovodikovi v žveplovi kislini.
- Difuzija v kovinah ima pomembno vlogo pri izdelavi zlitin. Za pridobitev kakovostne zlitine je treba zlitine proizvajati pri visokih temperaturah in pod zunanjimi vplivi. To bo močno pospešilo proces difuzije.
Ti procesi potekajo na različnih področjih industrije:
- elektronski.
- Polprevodnik.
- Strojništvo.
Kot razumete, ima lahko proces difuzije tako pozitivne kot negativne učinke na naše življenje. Morate biti sposobni upravljati svoje življenje in povečati koristi tega fizičnega pojava ter zmanjšati škodo.
Zdaj veste, kaj je bistvo takega fizikalnega pojava, kot je difuzija. Sestoji iz medsebojnega prodiranja delcev zaradi njihovega gibanja. In v življenju se popolnoma vse premika. Če ste šolar, potem boste po branju našega članka zagotovo dobili oceno 5. Vso srečo!
Članek prikazuje vlogo razpršenih procesov pri ranah, zašitih na tradicionalen način in po predlagani metodi avtorjev. Izboljšanje difuznih procesov v ranah med zdravljenjem z aparaturno metodo je teoretično utemeljeno.
Problem celjenja ran različnih etiologij je ena glavnih vej medicine, ki še danes ni izgubila svojega pomena. Zdravljenje te patologije v najkrajšem možnem času brez gnojnih zapletov je možno le z zadostno oskrbo zdravstvenih ustanov s sodobnimi učinkovitimi zdravili za celjenje ran.
V procesu rane je lokalna in splošna reakcija telesa v premo sorazmerju z resnostjo in značilnostmi poškodbe tkiv in organov. Lokalni in splošni reaktivni procesi med regeneracijskimi procesi so v neposrednem in inverznem razmerju, so odvisni in medsebojno vplivajo. Zdravljenje ran temelji na sposobnosti obvladovanja poteka procesa rane. Ta problem je vedno v vidnem polju znanstvenikov in kirurgov.
V farmakološko skupino spada veliko število uporabljenih metod zdravljenja ran. Hkrati je bilo predlaganih veliko število tehničnih naprav za zdravljenje ran. Najpogostejša metoda zapiranja ran pa je navpični krožni šiv.
Človeška koža, sestavljena iz kolagenskih beljakovin, je idealna naravna membrana, ki opravlja številne presnovne in zaščitne funkcije. Ti procesi so predvsem posledica difuzije. Difuzija (iz latinskega diffusio - širjenje, širjenje), medsebojno prodiranje stikujočih se snovi druga v drugo zaradi gibanja delcev snovi.
Difuzija je proces na molekularni ravni in je določen z naključno naravo gibanja posameznih molekul. Hitrost difuzije je torej sorazmerna s povprečno molekulsko hitrostjo. Difuzija poteka v smeri zmanjšanja koncentracije snovi in vodi do enakomerne porazdelitve snovi po celotnem volumnu, ki ga zaseda (do izenačitve kemičnega potenciala snovi).
Vloga difuznih procesov v patogenezi in zdravljenju procesa rane je zelo velika. Na primer, pri presaditvi kože ima debelina zavihkov veliko vlogo pri celjenju opeklinskih ran, saj pozitivno vpliva na razpršene procese med presadkom in površino rane.
Vendar pa pomen razpršenih procesov v rani praktično ni raziskan. Robovi rane so prevodni sistemi, v katerih bi morali v normalnih pogojih potekati difuzni procesi. Ta postopek je shematično prikazan na sliki 1.
Shematska slika kaže, da ima kirurška rana (1), zašita s tradicionalnimi krožnimi navpičnimi šivi po klasifikaciji A.N. Golikova, določene pomanjkljivosti. Kirurški šiv (2), ki je sredstvo za približevanje robov rane, izvede popolno ishemijo (5) tkiv, kar vodi v nastanek "tihih območij" za difuzne procese, kar vodi do deformacije (4) difuzijski vektor (3). Kot rezultat, tradicionalno uporabljeni kirurški šiv vodi do umetne tvorbe tkivnih regij, ki niso vključene v procese regeneracije. Poleg tega so v neugodnih primerih te "okvare tkiva" vir nastanka žarišč infekcijskega procesa. Ker posledično tkivo, ki nima dostopa do hranil, kisika itd., nekrotizira, kar se konča z nastankom brazgotine. V nasprotnem primeru so nekrotične tkivne mase ugodno gojišče za patogene.
Za strojno metodo je bil pridobljen naziv zaščite Nacionalnega inštituta za intelektualno lastnino Republike Kazahstan št. 13864 z dne 15. 8. 2007. Glavno načelo predlagane metode je tesno zapiranje robov ran drug z drugim s fizikalnimi in mehanskimi tehnikami. Ob robu rane se nanese najlonska ribiška vrvica zadostne dolžine, ki ustvarja "ligaturni lok", ki je s konci pritrjen na konce aparata avtorjeve zasnove.
Sestavljen avtorski aparat ima obliko okvirja v obliki štirikotnega paralelograma, katerega stranice so palice, konci pa so premični trakovi, nameščeni in pritrjeni na palice z dvema maticama na obeh koncih zatičev, luknjicami enakega premera so izvrtane na premičnih trakovih za palice in pritrdilnih navojnih ligaturah (slika 2).
regeneracijskih procesov. Učinkovitost strojne metode je dokazana eksperimentalno in klinično.
Tako je teoretično predlagano utemeljitev učinkovitosti predlagane aparaturne metode v primerjavi s tradicionalnimi metodami zapiranja ran. To je posledica povečanja pritiska na območje rane (zaradi konstrukcijskih značilnosti naprave), kar vodi do lokalnega povečanja hitrosti difuzije.
Literatura
- Golikov A.N. Celjenje granulirajoče rane, zaprte s šivi. - Moskva: 1951. - 160 str.
- Waldorf H., Fewres J. Celjenje ran // Adv. Derm. - 1995. št. 10. - Str. 77–96.
- Abaturova E.K., Baymatov V.N., Batyrshina G.I. Vpliv biostimulantov na proces ran // Morfologija. - 2002. - T. 121, št. 2–3. - str.6.
- Kočnev O.S., Izmailov G.S. Metode zapiranja ran. - Kazan: 1992 .-- 160 str.
- Kiselev S.I. Vrednost virov donorske kože pri izbiri racionalne kirurške taktike pri bolnikih z globokimi opeklinami: Povzetek diplomskega dela. ... Kandidat medicinskih znanosti. Rjazan, 1971.17 str.
Zharalardy emdeu biologysyndaғy difuzija
Tuyin Maқalada әdettegi әdispen zhane maқala avtorlarymen ұsynylyp otyrғan aparati әdistiң zharalardy emdeudegi razpršeni procesorji turaly aytylғyn. Zharalard razpršeni procesi aparata әdistiң zhaқsarғany teorija zinde dәleldip kөrsetildі.
DIFUZIJA VBIOLOGIJAZdravljenje
PovzetekČlanek prikazuje vlogo difuznih procesov pri ranah, zašitih na tradicionalen način, in metodo, ki jo predlagajo avtorji. Difuzni procesi v ranah so teoretično utemeljeni.
Esirkepov M.M., Nurmashev B.K., Mukanova U.A.
Južnokazahstanska državna medicinska akademija, Šimkent
Pouk splošne biologije
Tema lekcije: Difuzija je osnova življenja
Vrsta treninga: integrirana lekcija(po klasifikaciji T.I. Shamove)
Cilji lekcije:
1. Izobraževalni vidik - oblikovanje znanja o strukturi, lastnostih in funkcijah notranje plasti celične membrane - plazemske membrane (in na njenem primeru in drugih celičnih membran), razvoj koncepta korespondence strukturo za opravljene funkcije.
2. Razvojni vidik - aktivirati razmišljanje učencev, sposobnost primerjanja, analiziranja, sposobnost samostojnega oblikovanja sklepov, spodbujati razvoj logičnega mišljenja, kognitivne aktivnosti učencev.
3. Izobraževalni vidik - povečati motivacijo za študij biologije, povečati zanimanje za predmete naravoslovnega cikla, z uporabo različnih metod dejavnosti pokazati, da je poznavanje lastnosti živega organizma možno le z integracijo znanja, pridobljenega z različnimi znanostmi.
Med poukom
1. Organizacijski trenutek
Priprava učencev na delo v razredu: pozdrav, pozitiven psihološki odnos do dela, organizacija pozornosti za vse učence.
Učitelj. Dober dan, dragi študenti! Vesel sem, da sem vas spoznal in upam na vašo pomoč in sodelovanje pri lekciji. Podajam vam košaro mandarin in vas vabim k sodelovanju. Če sprejmeš mojo ponudbo, potem odpri dlani proti meni, če pa ne, jih obrni stran od mene. Užitek je gledati te sadeže, svetle "oranžne kroglice" nam dajejo občutek veselja, užitka in vznesenosti!
2. Motivacija učencev
Za epigraf k naši lekciji sem izbral besede madžarskega radiokemika D. Hevesyja: (1. diapozitiv predstavitve)
vprašanje: Kako razumete te besede?
Razmišljanje študentov
Organizacija dela dijakov na novo temo
2. Sprejem "Košarica idej"
Učence prosi, naj olupijo mandarino.
Vprašanje: "Kaj se je spremenilo v občinstvu?"
Vprašanje: "Zakaj se je to zgodilo?"
Učitelj zlaga odgovore učencev (figurativno) v "košarico idej"
Vprašanje: "Kaj menite, kateri pojav je osnova teh procesov?"
Povzema.
Glavni pogoj je, da ne ponavljamo tega, kar so že povedali drugi.
Učitelj: Zakaj se to dogaja, kar je dokaz neprekinjenega gibanja molekul v živi in neživi naravi? Kateri so procesi, na katerih temeljijo ta gibanja? O tem se bomo danes pogovarjali z vami.
3. Postavljanje ciljev
Učitelj: Učence prosi, naj oblikujejo temo lekcije.
Popravi temo lekcije: "Difuzija je osnova življenja."
Učencem pomaga pri oblikovanju namena lekcije. Namen naše lekcije:dokazati, da je difuzija osnova življenja.
Učitelj: Cilji lekcije: razširiti znanje o zgradbi, lastnostih in funkcijah citoplazemske membrane, v tej lekciji prikazati razmerje med disciplinami, kot sta »fizika« in »biologija«, ter dokazati, da je difuzija osnova življenja.
3. Posodabljanje znanja.
Učitelj: Gradivo teme današnje lekcije temelji na znanju, ki ste ga prej pridobili pri študiju biologije. Zdaj se bomo spomnili nekaj trenutkov z vami.
Križanka "Osnovne celične strukture"
(2. diapozitiv predstavitve)
Učitelj: Zadnja beseda v križanki je "lupina".
vprašanje: "Kakšna celična struktura se nahaja pod membrano?"
4. In učenje nove snovi
Učitelj: Plazemska membrana (membrana - koža, film) se nahaja pod celično steno, ki meji neposredno na citoplazmo. Debelina plazemske membrane je približno 10 nm.
Učitelj:
1. Kompleti vprašanje:"Se spomnite, katere snovi so vključene v plazemsko membrano?"
2. Zgodba o zgradbi plazemske membrane (na diagramu je prikazan diagram strukture membrane)
(3. diapozitiv predstavitve)
Študentje: Beljakovine in lipidi. Razporejeni so v dveh slojih.
Učitelj: Molekule lipidov v plazemski membrani so razporejene v dve vrsti in tvorijo neprekinjeno plast. Največ v membranah fosfolipidov vsebujejo preostanek fosforne kisline. Fosfolipidne molekule so razporejene tako, da so hidrofilni "repi" obrnjeni navznoter, hidrofobne "glave" pa navzven, proti vodi.Poleg lipidov membrana vsebuje beljakovine (do 60%). Določajo specifične funkcije membrane. Molekule beljakovin in lipidov so mobilne, sposobne se premikati predvsem v ravnini membrane. Beljakovinske molekule ne tvorijo neprekinjene plasti.
razlikovati:
periferne beljakovine- nahaja se na zunanji ali notranji površini membrane, lahko pretvarja signale iz zunanjega in notranjega okolja,
polintegralne beljakovine- potopljeni v dvosloj na različnih globinah, podpirajo strukturo membrane,
transmembranski proteini- prodrejo skozi membrano skozi in skozi, v stiku z zunanjim in notranjim okoljem celice, katalizirajo presnovne reakcije, zagotavljajo transport kationov in anionov ter tvorijo pore.
Učitelj: Lastnosti membrane
Toda preden preidemo na lastnosti membran, se spomnimo, kaj veste iz tečaja fizike.
vprašanje: "Kaj pojasnjuje z vidika fizike eno od lastnosti tekočine - pretočnost?"
vprašanje: "V katerem primeru je ta pojav opažen?"
odgovori: Pojasnjuje se z medsebojno privlačnostjo tekočih molekul. Ta pojav opazimo, ko je razdalja med molekulami tekočine primerljiva z velikostjo molekule.
Učence prosi, naj dopolnijo diagram, ko razlagajo snov
(4. diapozitiv predstavitve)
Učitelj: Lastnosti membrane bomo razložili v poskusih z milnim mehurčkom.
Problematično vprašanje: "Zakaj smo vzeli milni mehurček?"
Prikaz strukture milnega mehurčka.
(5. diapozitiv predstavitve)
Učitelj: odgovor: In dejstvo je, da imajo molekule mila in fosfolipidov, ki sestavljajo membrane, podobno strukturo.
Izkušnje:Študent pokaže tok tekočine v steni milnega mehurčka, ki visi na plastični cevi
Prva lastnost membran je mobilnost.
Lipidni dvosloj je v bistvu tekoča tvorba, znotraj katere se molekule lahko prosto gibljejo - "tečejo", ne da bi pri tem izgubile stike zaradi medsebojne privlačnosti. Hidrofobni repi lahko prosto drsijo drug glede na drugega.
Izkušnje:Študent pokaže, kako se pri preluknjanju milnega mehurčka in nato odstranitvi igle takoj povrne celovitost njegove stene.
Učitelj: Druga lastnost je sposobnost samozapiranja.
Zaradi te sposobnosti se lahko celice zlijejo tako, da zlijejo svoje plazemske membrane (na primer med razvojem mišičnega tkiva). Enak učinek opazimo, če celico z mikronožem razrežemo na dva dela, nato pa vsak del obdamo z zaprto plazemsko membrano.
vprašanje: "V katerem primeru z vidika fizike opazimo medsebojno privlačnost med molekulami?"
odgovor: medsebojno privlačnost opazimo, če je razdalja med molekulami primerljiva z velikostjo molekule, če pa razdalja postane veliko večja, se medsebojna privlačnost ne pokaže.
Video posnetek "Difuzija svetlobe"
Učitelj: Tretja najpomembnejša lastnost membrane je njena selektivna prepustnost. To pomeni, da molekule in ioni prehajajo skozi njo z različno hitrostjo in večja kot je velikost molekul, manjša je hitrost njihovega prehoda skozi membrano. Ta lastnost opredeljuje plazemsko membrano kot osmotska pregrada. Največjo prodorno moč imajo voda in v njej raztopljeni plini; ioni prehajajo skozi membrano veliko počasneje.
Učitelj: Poimenujte lastnosti membrane:
Učenci odgovarjajo: 1. Mobilnost. 2. Samozapiranje. 3. Selektivna prepustnost. (6. diapozitiv predstavitve)
Učitelj: Zdaj pa se malo odpočijmo.
Športna vzgoja
Učitelj:
Demonstracija izkušenj "Opazovanje plazmolize in deplazmolize rastlinskih celic"(video posnetek)
vprašanja:
Kaj je plazmoliza?
Kateri pojav se imenuje deplazmoliza?
Kaj je osmoza?
Skupaj z učenci sklepa.
Učitelj: zaključek:
PLAZMOLIZA - ločitev parietalne plasti citoplazme od trde lupine rastlinske celice.
DEPLAZMOLIZA
OSMOZA
Prepričali smo se, da ima plazemska membrana selektivno prepustnost
Učitelj: Oparin Aleksander Ivanovič je dejal, da so po pojavu membran ... lahko nastali prvi živi organizmi iz juhe, kuhane v morju. Na podlagi česa je znanstvenik prišel do takšne izjave?
Študentje: Membrana ločuje celično vsebino od zunanjega okolja.
Učitelj: Naj se z vami spomnimo, katere so glavne funkcije celične membrane?
Študentje: 1. Pregrada
2. Transport
3. Receptor
Video fragment "Membranske funkcije"
Učitelj: Podrobneje se osredotočimo na transportno funkcijo membrane.
Učitelj: vaja 1. Predstavljajte si, da ste prišli do stene, do ograje, do ovire, ki jo morate premagati. Po kateri poti boste poskušali priti noter?
Učenci so razdeljeni v dve skupini, vsaka skupina dobi list papirja, ki je z navpično črto razdeljen na dva stolpca. Skupina ima 2 minuti za razmislek. Učenci naj predlagajo čim več načinov prodiranja in jih zapišejo v levi stolpec lista.
Oglaševanje skupinskih del, zaradi česar se seznam vsake skupine dopolni z najuspešnejšimi predlogi.
2. naloga. Predstavljajte si, da ni treba premagati ovire za osebo, ki se je približala ograji ali steni, temveč za snov, ki se nahaja ob živi celici. Priti mora v celico. Poskusite najti analogije za vsak od predlaganih načinov premagovanja ovir. Zapišite jih na desno stran lista papirja.
Socializacija v skupinah. Učenci na glas preberejo načine vstopa v kletko in zabeležijo najboljše analogije iz drugih skupin.
Učitelj: (povzema delo skupin in razloži načine transporta skozi membrano).
Difuzija
Video fragment "Difuzija v membrani"
Osmoza je premik topila iz območja z visoko koncentracijo v območje z nižjo koncentracijo.
Učitelj: V poskusih govorimo o difuziji. Ponovno vas vračam k neživi naravi in vas prosim, da se spomnite, kaj pa je difuzija z vidika fizike?
Difuzija je pojav medsebojnega prodiranja molekul ene snovi med molekule druge.
Učitelj: Kakšne so značilnosti difuzije v živi in neživi naravi? Kaj določa hitrost difuzije?
Pogovor študentov, postavljanje hipotez
Učitelj: Torej, ali menite, da je hitrost difuzije odvisna od temperature in od agregacijskega stanja snovi? zakaj?
Ocenjeni odgovori študentov
Učitelj: In zdaj bomo vašo hipotezo preizkusili z izkušnjami.
Izkušnje
Oprema: 2 kozarca z vodo različnih temperatur, kozarci, pipeta, kava
napredek:
V dve enaki stekleni posodi nalijte enako količino vode, vendar pri različnih temperaturah.
Kapnite 2-3 kapljice tople in hladne vode na kozarec (na različne kozarce)
Z vrha položite nekaj zrn instant kave.
Pazi, kaj se zgodi. (1 - 2 minuti)
Izmerite čas, ki je potreben, da se vsa voda v kozarcu obarva.
Ali se v tem poskusu pojavlja pojav difuzije? zakaj?
Rezultate izpolnite v tabeli.
Številka izkušenj
Kozarec vode
Čas barvanja
Hladno
vroče
Kaj lahko rečete o hitrosti difuzije v prvi in drugi posodi?
Zdaj v obeh posodah pri difuziji sodelujejo enake snovi, ki so v enakih agregacijskih stanjih. Ali to pomeni, da mora biti hitrost difuzije enaka? Toda rezultat izkušenj priča o nasprotnem. zakaj?
Hitrost difuzije narašča z naraščajočo temperaturo, saj se molekule medsebojno delujočih teles začnejo premikati hitreje. Ta izjava velja za snovi v katerem koli agregacijskem stanju.
zaključek: Difuzijo opazimo v tekočinah in se pospešuje z naraščanjem temperature.
5. Začetno preverjanje razumevanja preučenega gradiva.
Učitelj: Vrne se na vprašanje vprašal na začetku pouka: "Povej mi, zakaj se je vonj mandarine, potem ko smo jo začeli lupiti, razširil po učilnici?"
vprašanje:"Kateri fizični pojav je osnova mehanizma transporta snovi v celico skozi citoplazemsko membrano?"
Sidranje.
Učence povabi, da opravijo testno nalogo (z uporabo multimedijske predstavitve), da utrdijo preučeno snov.
1. Izberite glavne funkcije plazemske membrane
a) transport, ovira, receptor
b) transport, energija, ovira
c) transportni, energetski, katalitični
2. Katere snovi so vključene v plazemsko membrano?
a) ogljikovi hidrati in beljakovine
b) beljakovine in lipidi
c) beljakovine in nukleinske kisline
3. Kakšen je postopek, prikazan na tej sliki?
a) osmoza
b) difuzija
c) plazmoliza
4. Kakšen je postopek, prikazan na tej sliki?
a) plazmoliza
b) deplazmoliza
c) mitoza
5. Obrnemo se na fižol ki so na vaših mizah. En fižol smo predhodno namočili v vrelo vodo, drugi je ostal suh. Mislim, da je razlika v velikosti fižola vidna. Kateri proces opazujete tukaj?
a) plazmoliza
b) osmoza
c) rast
Medsebojni pregled testne naloge
7. Analiza
Učitelj: Obrnimo se na epigraf naše lekcije
"Razmišljajoči um se ne počuti srečnega, dokler mu ne uspe povezati različna dejstva, ki jih opazi."
vprašanje: Ali menite, da sem za našo lekcijo izbral pravi epigraf? Razloži zakaj?
Učenci razmišljajo in odgovorijo na zastavljeno vprašanje.
Učitelj: Torej zakaj je difuzija osnova življenja?
Študentje: Difuzija je velikega pomena v življenjskih procesih živih predmetov. Difuzija ima pomembno vlogo pri prehrani rastlin, transportu hranil, kisika pri ljudeh in živalih.
Učitelj: "Kje menite (v življenju, v vašem poklicu) vam bo znanje o difuziji koristilo?"
Učitelj: Kateri pojav povezuje disciplini »fizika« in »biologija« pri proučevanju lastnosti in funkcij plazemske membrane?
8. Domača naloga
Učencem pove domačo nalogo, razloži, kako jo narediti.
1. Rešite datotečno besedo "Beseda črk".
Prodor molekul ene snovi v medmolekularne prostore druge
Agregatno stanje snovi, v katerem poteka najhitrejša difuzija
Enosmerna difuzija skozi polprepustne membrane
Posledica emisij v ozračje in reke nevarnih industrijskih odpadkov
Umazano ……. molekul vodi do difuzije snovi.
Fizična količina, ki pospešuje proces difuzije
Vnos zdravil skozi kožo z uporabo električnega toka.
2. Ustvarite knjižico »Razširitev v mojem poklicu«.
3. Poberi nekaj pregovorov, v katerih opazimo pojav difuzije.
4. Izvedite poskus.
Prvo in drugo nalogo opravijo vsi učenci.
Tretji in četrti - neobvezno.
9. Refleksija
Učence vabimo, da drevo »oblečejo« z mandarinami:
Če vam je bila lekcija všeč, naučili ste se veliko novega in zanimivega, potem je na drevo pritrjena oranžna mandarina;
Če lekcija ni bila prijetna, je bila dolgočasna in nezanimiva, potem je na drevo pritrjena bela mandarina.
Prosi študente, naj poimenujejo najbolj aktivnega učenca lekcije, ta učenec prejme košarico mandarin za aktivno delo v integrirani lekciji "Difuzija je osnova življenja"
Občinski izobraževalni zavod Srednja šola Zaozernaya s poglobljenim študijem posameznih predmetov št. 16
Tema: "Difuzija v živi in neživi naravi."
Dokončano:
učenec 8 razreda Zyabrev Kirill.
Učitelj fizike: G.M. Zavyalova
Učitelj biologije: V.F. Zyabreva
Tomsk - 2008
I. Uvod. …………………………………………………………………… 3
II. Difuzija v živi in neživi naravi.
1. Zgodovina odkritja pojava. ……………………………………………. 4
2. Difuzija, njene vrste. ………………………………………… .. 6
3. Kaj določa hitrost difuzije? …………………………… .. 7
4. Difuzija v neživi naravi. ……………………………... osem
5. Difuzija v naravi. ………………………………………… 9
6. Uporaba pojavov difuzije. …………………………. šestnajst
7. Oblikovanje posameznih pojavov difuzije. …………… 17
III. Zaključek. ……………………………………………………………………... dvajset
IV. Rabljene knjige. ……………………………………………. ... 21
I. Uvod.
Koliko neverjetnih in zanimivih stvari se dogaja okoli nas. Na nočnem nebu sijejo daljne zvezde, na oknu gori sveča, veter nosi vonj po cvetoči češnji, stara babica skrbi zate... Rad bi se veliko naučil, poskušaj to razložiti sam. Dejansko je veliko naravnih pojavov povezanih z difuzijskimi procesi, o katerih smo govorili pred kratkim v šoli. Ampak tako malo je bilo rečeno!
Cilji dela :
1. Razširiti in poglobiti znanje o difuziji.
2. Simulirajte posamezne difuzijske procese.
3. Ustvarite dodatno računalniško gradivo za uporabo pri pouku fizike in biologije.
Naloge:
1. Poiščite potrebno gradivo v literaturi, internetu, preučite in analizirajte.
2. Ugotovite, kje v živi in neživi naravi (fizika in biologija) obstajajo difuzijski pojavi, kakšno vrednost imajo, kje jih človek uporablja.
3. Opišite in oblikujte najzanimivejše poskuse o tem pojavu.
4. Ustvarite animacijske modele nekaterih difuzijskih procesov.
Metode: analiza in sinteza literature, oblikovanje, modeliranje.
Moje delo je sestavljeno iz treh delov; glavni del je sestavljen iz 7 poglavij. Preučila in obdelala sem gradivo iz 13 literarnih virov, vključno z izobraževalno, referenčno, znanstveno literaturo in internetnimi stranmi, ter pripravila tudi predstavitev, narejeno v Power Point urejevalniku.
II. Difuzija v živi in neživi naravi.
II .ena. Zgodovina odkritja fenomena difuzije.
Ko je Robert Brown pod mikroskopom opazoval suspenzijo cvetnega prahu v vodi, je opazil kaotično gibanje delcev, ki nastane "ne zaradi gibanja tekočine in ne zaradi njenega izhlapevanja." Viseči delci velikosti 1 mikron in manj vidni le pod mikroskopom so izvajali neurejena neodvisna gibanja, ki opisujejo kompleksne cikcak poti. Brownovo gibanje se sčasoma ne zmanjša in ni odvisno od kemičnih lastnosti medija; njegova intenzivnost narašča s povečanjem temperature medija ter z zmanjšanjem njegove viskoznosti in velikosti delcev. Celo kvalitativna razlaga razlogov za Brownovo gibanje je bila mogoča šele 50 let pozneje, ko so vzrok za Brownovo gibanje začeli povezovati z udarcem tekočih molekul na površino v njem suspendiranega delca.
Prvo kvantitativno teorijo Brownovega gibanja sta leta 1905-06 podala A. Einstein in M. Smoluchowski. temelji na teoriji molekularne kinetike. Pokazalo se je, da so naključni sprehodi Brownovih delcev povezani z njihovo udeležbo pri toplotnem gibanju enako kot molekule medija, v katerem so tehtani. Delci imajo v povprečju enako kinetično energijo, vendar imajo zaradi večje mase nižjo hitrost. Teorija Brownovega gibanja razlaga naključno gibanje delca z delovanjem naključnih sil molekul in sil trenja. Po tej teoriji so molekule tekočine ali plina v stalnem toplotnem gibanju, gibi različnih molekul pa niso enaki po velikosti in smeri. Če je površina delca, postavljenega v tak medij, majhna, kot je v primeru Brownovega delca, potem udarci, ki jih delček doživi zaradi molekul, ki ga obkrožajo, ne bodo natančno kompenzirani. Zato se kot posledica "bombardiranja" molekul Brownov delec začne neurejeno gibati, pri čemer spremeni velikost in smer svoje hitrosti približno 1014-krat na sekundo. Iz te teorije je sledilo, da lahko z merjenjem premika delca v določenem času ter poznavanjem njegovega polmera in viskoznosti tekočine izračunamo Avogadrovo število.
Zaključke teorije Brownovega gibanja so potrdile meritve J. Perrina in T. Svedberga leta 1906. Na podlagi teh razmerij sta bili eksperimentalno določeni Boltzmannova konstanta in Avogadrova konstanta. (Avogadrova konstanta označeno z NA, število molekul ali atomov v 1 molu snovi, NA = 6,022,1023 mol-1; ime v čast A. Avogadra.
Boltzmannova konstanta fizična konstanta k enako razmerju univerzalne plinske konstante R na Avogadrovo številko N O: k = R / N A = 1,3807,10-23 J/K. Poimenovan po L. Boltzmannu.)
Pri opazovanju Brownovega gibanja je položaj delca fiksiran v rednih intervalih. Krajši kot so časovni intervali, bolj zakrivljena bo pot delcev.
Vzorci Brownovega gibanja služijo kot jasna potrditev temeljnih določil molekularne kinetične teorije. Končno je bilo ugotovljeno, da je toplotna oblika gibanja snovi posledica kaotičnega gibanja atomov ali molekul, ki sestavljajo makroskopska telesa.
Teorija Brownovega gibanja je imela pomembno vlogo pri utemeljitvi statistične mehanike, na njej temelji kinetična teorija koagulacije (mešanja) vodnih raztopin. Poleg tega je praktičnega pomena tudi v meroslovju, saj se Brownovo gibanje obravnava kot glavni dejavnik, ki omejuje natančnost merilnih instrumentov. Na primer, meja natančnosti odčitkov zrcalnega galvanometra je določena z tresenjem zrcala, kot je Brownov delec, ki ga bombardirajo molekule zraka. Zakoni Brownovega gibanja določajo naključno gibanje elektronov, ki povzročajo šum v električnih tokokrogih. Dielektrične izgube v dielektrikih so razložene z naključnimi premiki dipolnih molekul, ki sestavljajo dielektrik. Naključni premiki ionov v raztopinah elektrolitov povečajo njihov električni upor.
Trajektorije Brownovih delcev (shema Perrinovega poskusa); pike označujejo položaje delcev v rednih intervalih.
V to smer, DIFUZIJSKO ALI BROWNOVO GIBANJE - to neurejeno gibanje najmanjših delcev, suspendiranih v tekočini ali plinu, ki nastane pod vplivom molekul okolja; odprto
R. Brown leta 1827
II. 2. Difuzija, njene vrste.
Razlikovati med difuzijo in samodifuzijo.
Z difuzijo je spontani prodor molekul ene snovi v prostore med molekulami druge snovi... V tem primeru se delci mešajo. Difuzijo opazimo za pline, tekočine in trdne snovi. Na primer, kapljico črnila zmešamo v kozarcu vode. Ali pa se po sobi širi vonj kolonjske vode.
Difuzija, tako kot samodifuzija, obstaja, dokler obstaja gradient gostote snovi. Če gostota katere koli ene in iste snovi v različnih delih volumna ni enaka, potem opazimo pojav samodifuzije. Samodifuzija imenujemo proces izravnave gostote(ali koncentracija, sorazmerna z njo) ista snov... Difuzija in samodifuzija nastaneta zaradi toplotnega gibanja molekul, ki v neravnovesnih stanjih ustvarja tokove snovi.
Gostota masnega pretoka je masa snovi ( dm) razprševanje na enoto časa skozi enoto površine ( dS pl) pravokotno na os x :
(1.1)
Fenomen difuzije je v skladu s Fickovim zakonom
(1.2)
kjer je modul gradienta gostote, ki določa hitrost spremembe gostote v smeri osi X ;
D je difuzijski koeficient, ki se izračuna iz molekularne kinetične teorije po formuli
(1.3)
kjer je povprečna hitrost toplotnega gibanja molekul;
Povprečna prosta pot molekul.
Minus označuje, da se prenos mase zgodi v smeri zmanjševanja gostote.
Enačbo (1.2) imenujemo difuzijska enačba ali Fickov zakon.
II. 3. Hitrost difuzije.
Ko se delec premika v snovi, nenehno trči v njene molekule. To je eden od razlogov, zakaj je difuzija v normalnih pogojih počasnejša od običajnega gibanja. Kaj določa hitrost difuzije?
Prvič, iz povprečne razdalje med trki delcev, t.j. dolžina proste poti. Večja kot je ta dolžina, hitreje prodre delec v snov.
Drugič, pritisk vpliva na hitrost. Čim gostejša je embalaža delcev v snovi, tem težje je tuji delček prodreti v takšno embalažo.
Tretjič, molekulska masa snovi ima pomembno vlogo pri hitrosti difuzije. Večji kot je cilj, večja je verjetnost, da bo zadel, po trku pa se hitrost vedno upočasni.
In četrtič, temperatura. Ko se temperatura dvigne, se vibracije delcev povečajo in hitrost molekul se poveča. Vendar pa je hitrost difuzije tisočkrat počasnejša od hitrosti prostega gibanja.
Vse vrste difuzije veljajo za iste zakone, opisane z difuzijskim koeficientom D, ki je skalarna količina in je določena iz Fickovega prvega zakona.
Z enodimenzionalno difuzijo 
,
kjer je J gostota pretoka atomov ali okvar snovi,
D - difuzijski koeficient,
N je koncentracija atomov ali napak v snovi.
Difuzija je proces na molekularni ravni in je določen z naključno naravo gibanja posameznih molekul. Hitrost difuzije je torej sorazmerna s povprečno molekulsko hitrostjo. Pri plinih je povprečna hitrost majhnih molekul višja, in sicer je obratno sorazmerna s kvadratnim korenom molekulske mase in narašča z naraščanjem temperature. V praksi se pogosto uporabljajo difuzijski procesi v trdnih snoveh pri visokih temperaturah. Na primer, nekatere vrste katodnih cevi (CRT) uporabljajo kovinski torij, razpršen skozi kovinski volfram pri 2000 ºC.
Če je v zmesi plinov ena molekula štirikrat težja od druge, se taka molekula giblje dvakrat počasneje v primerjavi s gibanjem v čistem plinu. V skladu s tem je tudi njegova stopnja difuzije nižja. Ta razlika v stopnjah difuzije lahkih in težkih molekul se uporablja za ločevanje snovi z različno molekulsko maso. Primer je ločevanje izotopov. Če plin, ki vsebuje dva izotopa, spustimo skozi porozno membrano, lažji izotopi prodrejo skozi membrano hitreje kot težji. Za boljše ločevanje se postopek izvaja v več fazah. Ta postopek je bil široko uporabljen za ločevanje uranovih izotopov (ločitev 235U cepljivega pod nevtronskim obsevanjem od glavne mase 238U). Ker je ta metoda ločevanja energetsko intenzivna, so bile razvite druge, bolj ekonomične metode ločevanja. Na primer, uporaba toplotne difuzije v plinastem mediju je široko razvita. Plin, ki vsebuje mešanico izotopov, se postavi v komoro, v kateri se vzdržuje prostorska temperaturna razlika (gradient). V tem primeru se težki izotopi sčasoma koncentrirajo v hladnem območju.
Zaključek. Na difuzne spremembe vplivajo:
· molekulska masa snovi (višja kot je molekulska masa, nižja je hitrost);
· povprečna razdalja med trki delcev (daljša kot je dolžina poti, večja je hitrost);
· tlak (večje je pakiranje delcev, težje ga je prebiti),
· temperatura (ko temperatura narašča, se hitrost povečuje).
II.4. Difuzija v neživi naravi.
Ali ste vedeli, da je vse naše življenje zgrajeno na čudnem paradoksu narave? Vsi vemo, da je zrak, ki ga dihamo, sestavljen iz plinov različnih gostot: dušika N 2, kisika O 2, ogljikovega dioksida CO 2 in majhne količine drugih nečistoč. In te pline je treba razporediti po plasteh, glede na silo gravitacije: najtežji, CO 2, - na sami površini zemlje, nad njo - O 2, še višje - N 2. Ampak to se ne zgodi. Obdaja nas homogena mešanica plinov. Zakaj plamen ne ugasne? Konec koncev, kisik, ki ga obdaja, hitro izgori? Tu, tako kot v prvem primeru, deluje mehanizem za poravnavo. Difuzija preprečuje neravnovesje v naravi!
Zakaj je morje slano? Vemo, da si reke prebijajo pot skozi gmoto kamnin, mineralov in izpirajo soli v morje. Kako poteka mešanje soli in vode? To je mogoče razložiti s preprosto izkušnjo:
OPIS IZKUŠNJE: V stekleno posodo vlijemo vodno raztopino bakrovega sulfata. Na vrh raztopine previdno nalijte čisto vodo. Opazujemo mejo med tekočinami.
vprašanje: Kaj se bo s temi tekočinami zgodilo sčasoma in kaj bomo opazovali?
Sčasoma se bo meja med tekočinami v stiku začela zamegliti. Posodo s tekočinami lahko postavite v omaro in vsak dan lahko opazujete, kako prihaja do spontanega mešanja tekočin. Na koncu se v posodi tvori homogena tekočina bledo modre barve, ki je na svetlobi skoraj brezbarvna.
Delci bakrovega sulfata so težji od vode, vendar se zaradi difuzije počasi dvigajo navzgor. Razlog je v strukturi tekočine. Tekoči delci so pakirani v kompaktne skupine - psevdonukleuse. Med seboj so ločeni s prazninami - luknjami. Jedra niso stabilna, njihovi delci niso dolgo v ravnotežju. Takoj, ko se delcu prenese energija, se delec odcepi od jedra in pade v praznine. Od tam zlahka skoči v drugo jedro itd.
Molekule tuje snovi začnejo svojo pot skozi tekočino iz lukenj. Na poti trčijo z jedri, iz njih izločijo delce in zavzamejo njihovo mesto. Ko se premikajo z enega prostega mesta na drugega, se počasi mešajo s tekočimi delci. Že vemo, da je stopnja difuzije nizka. Zato je v normalnih pogojih ta poskus trajal 18 dni, s segrevanjem - 2-3 minute.
zaključek: V plamenu Sonca, v življenju in smrti oddaljenih svetlečih zvezd, v zraku, ki ga dihamo, v spreminjajočem se vremenu, v skoraj vseh fizikalnih pojavih, vidimo manifestacijo vsemogočne difuzije!
II.5. Difuzija v divjih živalih.
Difuzijski procesi so danes dobro raziskani, ugotovljeni so njihovi fizikalni in kemijski zakoni in so zelo uporabni za gibanje molekul v živem organizmu. Difuzija v živih organizmih je neločljivo povezana s plazemsko membrano celice. Zato je treba ugotoviti, kako je urejena in kako so značilnosti njegove strukture povezane s transportom snovi v celici.
Plazemska membrana (plazmalema, celična membrana), površinska, periferna struktura, ki obdaja protoplazmo rastlinskih in živalskih celic, ne služi le kot mehanska ovira, ampak, kar je najpomembneje, omejuje prosti dvosmerni pretok nizko- in visoko- molekularne snovi v celico in iz nje. Poleg tega plazmalema deluje kot struktura, ki »prepozna« različne kemikalije in uravnava selektivni transport teh snovi v celico.
Zunanja površina plazemske membrane je prekrita z ohlapno vlaknasto plastjo snovi debeline 3-4 nm - glikokaliksom. Sestavljen je iz razvejanih verig kompleksnih ogljikovih hidratov membranskih integralnih beljakovin, med katerimi se lahko nahajajo spojine beljakovin s sladkorji in beljakovin z maščobami, izolirane s celico. Takoj se odkrijejo nekateri celični encimi, ki sodelujejo pri zunajcelični razgradnji snovi (zunajcelična prebava, na primer v črevesnem epiteliju).
Ker je notranjost lipidne plasti hidrofobna, predstavlja skoraj neprepustno oviro za večino polarnih molekul. Zaradi prisotnosti te pregrade je preprečeno uhajanje celične vsebine, vendar je bila zaradi tega celica prisiljena ustvariti posebne mehanizme za transport vodotopnih snovi skozi membrano.
Plazemska membrana je, tako kot druge lipoproteinske celične membrane, polprepustna. Največjo prodorno moč imajo voda in v njej raztopljeni plini. Transport ionov lahko poteka vzdolž koncentracijskega gradienta, torej pasivno, brez porabe energije. V tem primeru nekateri membranski transportni proteini tvorijo molekularne komplekse, kanale, skozi katere ioni prehajajo skozi membrano s preprosto difuzijo. V drugih primerih se posebni proteini nosilci membrane selektivno vežejo na enega ali drugega iona in ga prenašajo čez membrano. Ta vrsta prenosa se imenuje aktivni transport in se izvaja s pomočjo beljakovinskih ionskih črpalk. Na primer, če porabi 1 molekulo ATP, sistem črpalke K-Na črpa 3 Na ione iz celice v enem ciklu in črpa 2 K iona proti koncentracijskemu gradientu. V kombinaciji z aktivnim transportom ionov skozi plazemsko membrano prodrejo različni sladkorji, nukleotidi in aminokisline. Makromolekule, kot so beljakovine, ne prehajajo skozi membrano. Tako kot večji delci snovi se v celico prenašajo z endocitozo. Med endocitozo določeno območje plazmaleme zajame, ovije zunajcelični material in ga zapre v membransko vakuolo. Ta vakuola - endosom - se v citoplazmi zlije s primarnim lizosomom in ujeti material se prebavi. Endocitozo formalno delimo na fagocitozo (absorpcija velikih delcev s strani celice) in pinocitozo (absorpcija raztopin). Plazemska membrana sodeluje tudi pri odstranjevanju snovi iz celice z eksocitozo - procesom, ki je nasproten endocitozi.
Za žive organizme je zlasti pomembna difuzija ionov v vodnih raztopinah. Nič manj pomembna je vloga difuzije pri dihanju, fotosintezi in transpiraciji rastlin; pri prenosu kisika zraka skozi stene pljučnih alveolov in njegovem vstopu v kri ljudi in živali. Difuzija molekularnih ionov skozi membrane se izvaja z uporabo električnega potenciala znotraj celice. Zaradi selektivne prepustnosti imajo membrane vlogo carine pri gibanju blaga čez mejo: nekatere snovi se prepustijo, druge zadržijo, druge pa na splošno "izgnajo" iz kletke. Vloga membran v življenju celic je zelo pomembna. Umirajoča celica izgubi nadzor nad zmožnostjo uravnavanja koncentracije snovi v membrani. Prvi znak odmiranja celice so začetne spremembe v prepustnosti in okvara njene zunanje membrane.
Poleg običajnega transporta - kinetičnega procesa prenosa delcev snovi pod vplivom gradientov električnega ali kemičnega potenciala, temperature ali tlaka - aktivni transport poteka tudi v celičnih procesih - gibanje molekul in ionov proti gradientu. koncentracije snovi. Ta difuzijski mehanizem se imenuje osmoza. (Osmozo je prvi opazil A. Nolle leta 1748, vendar se je preučevanje tega pojava začelo stoletje pozneje.) Ta proces poteka zaradi različnih osmotskih tlakov v vodni raztopini na različnih straneh biološke membrane. Voda pogosto prosto prehaja. z osmozo skozi membrano, vendar je ta membrana lahko neprepustna za snovi, raztopljene v vodi. Zanimivo je, da voda teče proti difuziji te snovi, vendar v skladu s splošnim zakonom koncentracijskega gradienta (v tem primeru voda).
Zato voda teži iz bolj razredčene raztopine, kjer je njena koncentracija višja, v bolj koncentrirano raztopino snovi, v kateri je koncentracija vode nižja. Ker celica ne more neposredno sesati in črpati vode, to počne s pomočjo osmoze in spreminja koncentracijo raztopljenih snovi v njej. Osmoza izenači koncentracijo raztopine na obeh straneh membrane. Stresno stanje celične membrane je odvisno od osmotskega tlaka raztopin snovi na obeh straneh celične membrane in elastičnosti celične membrane, kar imenujemo turgorski tlak (turgor - iz latinščine turgere - biti otekel, napolnjen). Običajno je elastičnost membran živalskih celic (razen nekaterih koelenteratov) majhna, nimajo visokega turgorskega tlaka in ohranijo svojo celovitost le v izotoničnih raztopinah ali se nekoliko razlikujejo od izotoničnih (razlika med notranjim in zunanjim tlakom je manjša od 0,5-1,0 zjutraj). V živih rastlinskih celicah je notranji tlak vedno večji od zunanjega, vendar zaradi prisotnosti celulozne celične stene v njih ne pride do raztrganja celične membrane. Razlika med notranjimi in zunanjimi tlaki v rastlinah (na primer v halofitnih rastlinah - gobah, ki ljubijo soli) doseže 50-100 amperov. Toda kljub temu je varnostna meja rastlinske celice 60-70%. Pri večini rastlin relativni raztezek celične membrane zaradi turgorja ne presega 5-10 %, turgorni tlak pa je v območju 5-10 amperov. Rastlinska tkiva imajo zaradi turgorja elastičnost in strukturno trdnost. (Poskusi #3, #4 to potrjujejo). Vse procese avtolize (samouničenje), venenja in staranja spremlja padec turgorskega tlaka.
Glede na difuzijo v živi naravi ne moremo omeniti absorpcije. Absorpcija je proces vnosa različnih snovi iz okolja skozi celične membrane v celice, preko njih pa v notranje okolje telesa. Pri rastlinah je to proces absorpcije vode s snovmi, ki so v njej raztopljene s koreninami in listi z osmozo in difuzijo; pri nevretenčarjih - iz okolja ali votlinske tekočine. Pri primitivnih organizmih se absorpcija izvaja s pino in fagocitozo. Pri vretenčarjih lahko pride do absorpcije tako iz votlih organov - pljuč, maternice, mehurja, kot s površine kože, s površine rane itd. Hlapne pline in hlape absorbira koža.
Največji fiziološki pomen ima absorpcija v prebavilih, ki poteka predvsem v tankem črevesu. Za učinkovit prenos snovi sta še posebej pomembna velika črevesna površina in nenehno visok pretok krvi v sluznici, zaradi česar se ohranja visok koncentracijski gradient absorbiranih spojin. Pri ljudeh je mezenterični pretok krvi med obrokom približno 400 ml / min, na vrhuncu prebave pa do 750 ml / min, glavni delež (do 80%) pa je pretok krvi v sluznici prebavnega trakta. organov. Zaradi prisotnosti struktur, ki povečujejo površino sluznice - krožne gube, resice, mikrovili, skupna površina vpojne površine človeškega črevesja doseže 200 m 2.
Raztopine vode in soli se lahko razpršijo na obeh straneh črevesne stene, tako v tankem kot v debelem črevesu. Njihova absorpcija poteka predvsem v zgornjih delih tankega črevesa. Velik pomen ima transport Na + ionov v tankem črevesu, zaradi česar nastajajo predvsem električni in osmotski gradienti. Absorpcija Na + ionov poteka tako preko aktivnih kot pasivnih mehanizmov.
Če celica ne bi imela sistemov za uravnavanje osmotskega tlaka, bi bila koncentracija topljencev v njej večja od njihove zunanje koncentracije. Potem bi bila koncentracija vode v celici manjša od njene koncentracije zunaj. Posledično bi prišlo do stalnega dotoka vode v celico in njenega razpoka. Na srečo živalske celice in bakterije nadzorujejo osmotski tlak v svojih celicah z aktivnim črpanjem anorganskih ionov, kot je Na. Zato je njihova skupna koncentracija znotraj celice nižja kot zunaj. Dvoživke na primer preživijo velik del svojega časa v vodi, vsebnost soli v krvi in limfi pa je višja kot v sladkih vodah. Organizmi dvoživk nenehno absorbirajo vodo skozi kožo. Zato proizvajajo veliko urina. Žaba, na primer, če se zanjo zavije kloaka, nabrekne kot žogica. Nasprotno, če dvoživka zaide v slano morsko vodo, se zelo hitro dehidrira in umre. Zato so morja in oceani za dvoživke nepremostljiva ovira. Rastlinske celice imajo toge stene, ki preprečujejo, da bi nabrekle. Številni protozoji se s pomočjo posebnih mehanizmov, ki redno izpuščajo prihajajočo vodo, preprečijo poči iz vode, ki vstopa v celico.
Tako je celica odprt termodinamični sistem, ki izmenjuje snov in energijo z okoljem, vendar ohranja določeno konstantnost notranjega okolja. Ti dve lastnosti samoregulirajočega sistema - odprtost in konstantnost - se izvajata sočasno, presnova (metabolizem) pa je odgovorna za konstantnost celice. Presnova je regulator, ki prispeva k ohranjanju sistema, zagotavlja primeren odziv na vplive okolja. Zato je nujen pogoj za presnovo razdražljivost živega sistema na vseh ravneh, ki hkrati deluje kot dejavnik sistemnosti in celovitosti sistema.
Membrane lahko spremenijo svojo prepustnost pod vplivom kemičnih in fizikalnih dejavnikov, vključno z depolarizacijo membrane med prehodom električnega impulza skozi sistem nevronov in izpostavljenostjo njemu.
Nevron je kos živčnega vlakna. Če na enem koncu deluje dražljaj, se pojavi električni impulz. Njegova vrednost je približno 0,01 V za človeške mišične celice in se širi s hitrostjo približno 4 m / s. Ko impulz doseže sinapso – povezavo nevronov, ki jo lahko obravnavamo kot nekakšen rele, ki prenaša signal z enega nevrona na drugega, se električni impulz pretvori v kemičnega s sproščanjem nevrotransmiterjev – specifičnih vmesnih snovi. Ko molekule takega mediatorja padejo v vrzel med nevroni, nevrotransmiter z difuzijo doseže konec vrzeli in vzbudi naslednji nevron.
Nevron pa se odzove le, če so na njegovi površini posebne molekule – receptorji, ki lahko vežejo le določen nevrotransmiter in ne reagirajo na drugega. To se zgodi ne samo na membrani, ampak tudi v katerem koli organu, na primer v mišici, zaradi česar se skrči. Signali-impulzi preko sinaps lahko zavirajo ali povečajo prenos drugih, zato nevroni opravljajo logične funkcije ("in", "ali"), kar je N. Wienerju v določeni meri služilo kot osnova za prepričanje, da računalniški procesi v možganih živega organizma in v računalniku potekajo v bistvu po isti shemi. Potem informacijski pristop omogoča, da neživo in živo naravo opišemo na enoten način.
Sam proces vpliva signala na membrano je v spreminjanju njene visoke električne upornosti, saj je potencialna razlika na njej tudi reda 0,01 V. Zmanjšanje upora vodi do povečanja impulza električnega toka in vzbujanja. se prenaša naprej v obliki živčnega impulza, pri čemer spreminja možnost prehoda skozi membrano določenih ionov. Tako se informacije v telesu lahko prenašajo kombinirano, s kemičnimi in fizikalnimi mehanizmi, kar zagotavlja zanesljivost in raznolikost kanalov za njihov prenos in obdelavo v živem sistemu.
Procesi celičnega dihanja, ko se v mitohondrijih celice tvorijo molekule ATP, ki ji zagotavljajo potrebno energijo, so tesno povezani s procesi običajnega dihanja živega organizma, ki zahteva kisik O2, pridobljen kot rezultat fotosinteze. Mehanizmi teh procesov temeljijo tudi na zakonih difuzije. V bistvu so to materialne in energijske komponente, ki jih potrebuje živi organizem. Fotosinteza je proces shranjevanja sončne energije s tvorbo novih vezi v molekulah sintetiziranih snovi. Izhodna materiala za fotosintezo sta voda H2O in ogljikov dioksid CO2. Iz teh preprostih anorganskih spojin nastanejo kompleksnejša energijsko bogata hranila. Molekularni kisik O 2 nastaja kot stranski produkt, a za nas zelo pomemben. Primer je reakcija, ki se pojavi zaradi absorpcije svetlobnih kvantov in prisotnosti pigmenta klorofila, ki ga vsebujejo kloroplasti.
Rezultat je ena molekula sladkorja C 6 H 12 O 6 in šest molekul kisika O 2. Postopek poteka po stopnjah, najprej na stopnji fotolize z cepljenjem vode nastaneta vodik in kisik, nato pa vodik, ki se združi z ogljikovim dioksidom, tvori ogljikov hidrat - sladkor C 6 H 12 O 6. V bistvu je fotosinteza pretvorba sončne sevalne energije v energijo kemičnih vezi nastalih organskih snovi. Tako je fotosinteza, ki proizvaja kisik O 2 v svetlobi, biološki proces, ki živim organizmom zagotavlja brezplačno energijo. Proces normalnega dihanja kot presnovni proces v telesu, povezan s porabo kisika, je obraten od procesa fotosinteze. Oba procesa lahko potekata po naslednji verigi:
Sončna energija (fotosinteza)
hranila + (dih)
Energija kemičnih vezi.
Končni produkti dihanja služijo kot izhodišče za fotosintezo. Tako so procesi fotosinteze in dihanja vključeni v kroženje snovi na Zemlji. Del sončnega sevanja absorbirajo rastline in nekateri organizmi, ki so, kot že vemo, avtotrofi, t.j. na lastni pogon (hrana zanje je sončna svetloba). Kot rezultat procesa fotosinteze, avtotrofi vežejo atmosferski ogljikov dioksid in vodo, pri čemer tvorijo do 150 milijard ton organske snovi, asimilirajo do 300 milijard ton CO 2 in oddajajo okoli 200 milijard ton prostega kisika O 2 letno.
Nastalo organsko snov uporabljajo kot hrano ljudje in rastlinojede živali, ki pa se prehranjujejo z drugimi heterotrofi. Rastlinski in živalski ostanki se nato razgradijo do preprostih anorganskih snovi, ki lahko v obliki CO 2 in H 2 O ponovno sodelujejo pri fotosintezi. Del nastale energije, vključno s tisto, ki je shranjena v obliki fosilnega energijskega goriva, porabijo živi organizmi, del pa se neuporabno razprši v okolje. Zato je proces fotosinteze zaradi sposobnosti, da jim zagotovi potrebno energijo in kisik, katalizator evolucije živih bitij na določeni stopnji razvoja zemeljske biosfere.
Difuzijski procesi so osnova metabolizma v celici, kar pomeni, da se z njihovo pomočjo ti procesi izvajajo na ravni organov. Tako se procesi absorpcije izvajajo v koreninskih dlakah rastlin, črevesju živali in ljudi; izmenjava plinov v stomah rastlin, pljučih in tkivih ljudi in živali, izločevalni procesi.
Biologi se že več kot 150 let ukvarjajo s strukturo in preučevanjem celic, začenši s Schleidenom, Schwannom, Purimejem in Virchowom, ki so leta 1855 vzpostavili mehanizem rasti celic z njihovo delitvijo. Ugotovljeno je bilo, da se vsak organizem razvije iz ene celice, ki se začne deliti in zaradi tega nastane veliko celic, ki se med seboj izrazito razlikujejo. Ker pa se je začetni razvoj organizma začel z delitvijo prve celice, potem na eni od stopenj našega življenjskega cikla ohranimo podobnost z zelo oddaljenim enoceličnim prednikom in v šali lahko rečete, da smo bolj verjetno izhajali iz amebe kot od opice.
Iz celic nastanejo organi, celični sistem pa pridobi takšne lastnosti, ki jih v njegovih sestavnih elementih ni, t.j. posamezne celice. Te razlike so posledica niza beljakovin, ki jih sintetizira določena celica. Glede na njihovo funkcionalnost so mišične celice, živčne celice, krvne (eritrocite), epitelne in druge. Diferenciacija celic poteka postopoma med razvojem organizma. V procesu delitve celic, njihovega življenja in smrti skozi celotno življenjsko dobo organizma, prihaja do nenehne zamenjave celic.
Nobena molekula v našem telesu ne ostane nespremenjena več kot nekaj tednov ali mesecev. V tem času se molekule sintetizirajo, opravljajo svojo vlogo v življenju celice, se uničijo in nadomestijo z drugimi, bolj ali manj enakimi molekulami. Najbolj neverjetno pa je, da so živi organizmi kot celota veliko bolj konstantni kot njihove sestavne molekule, struktura celic in celotnega telesa, sestavljenega iz teh celic, pa ostaja v tem neprekinjenem ciklu kljub zamenjavi posameznih komponent nespremenjena.
Poleg tega ne gre za zamenjavo posameznih delov avtomobila, temveč, kot slikovito primerja S. Rose, za karoserijo z opečno zgradbo, »iz katere nori zidar neprekinjeno noč in dan odstranjuje eno opeko za drugo in vstavlja novo tisti na svojem mestu. Hkrati zunanjost stavbe ostaja enaka, material pa se nenehno menja." Z nekaterimi nevroni in celicami se rodimo in z drugimi umremo. Primer je zavest, razumevanje in dojemanje otroka in starejšega človeka. Vse celice imajo popolne genetske informacije za gradnjo vseh beljakovin določenega organizma. Shranjevanje in prenos dednih informacij se izvaja s pomočjo celičnega jedra.
zaključek: Vloge prepustnosti plazemske membrane v življenju celice ni mogoče pretiravati. Večina procesov, povezanih z oskrbo celice z energijo, pridobivanjem produktov in odstranjevanjem produktov razpadanja, temelji na zakonih difuzije skozi to polprepustno živo pregrado.
Osmoza- pravzaprav preprosta difuzija vode iz krajev z njeno višjo koncentracijo na mesta z nižjo koncentracijo vode.
Pasivni transport- To je prenos snovi iz krajev z visoko vrednostjo elektrokemičnega potenciala na mesta z nižjo vrednostjo. Prenos majhnih vodotopnih molekul se izvaja s posebnimi transportnimi proteini. Gre za posebne transmembranske beljakovine, od katerih je vsak odgovoren za transport določenih molekul ali skupin sorodnih molekul.
Pogosto je treba zagotoviti prenos molekul čez membrano proti njihovemu elektrokemičnemu gradientu. Ta postopek se imenuje aktivni promet izvajajo pa ga nosilne beljakovine, katerih aktivnost zahteva energijo. Če povežete nosilni protein z virom energije, lahko dobite mehanizem, ki zagotavlja aktiven transport snovi čez membrano.
II.6. Uporaba difuzije.
Človek že od antičnih časov uporablja pojav difuzije. Kuhanje in ogrevanje doma sta povezana s tem procesom. Z difuzijo se srečujemo pri toplotni obdelavi kovin (varjenje, spajkanje, rezanje, premazovanje itd.); nanašanje tanke plasti kovin na površino kovinskih izdelkov za povečanje kemične odpornosti, trdnosti, trdote delov in naprav ali za zaščitne in dekorativne namene (cinkanje, kromiranje, nikljanje).
Naravni gorljivi plin, ki ga uporabljamo doma za kuhanje, je brez barve in vonja. Zato bi bilo težko takoj opaziti puščanje plina. In pri puščanju zaradi difuzije se plin razširi po prostoru. Medtem pri določenem razmerju med plinom in zrakom v zaprtem prostoru nastane zmes, ki lahko eksplodira, na primer iz prižgane vžigalice. Plin lahko povzroči tudi zastrupitev.
Da bi bil pretok plina v prostor opazen, se na distribucijskih postajah gorljivi plin predhodno zmeša s posebnimi snovmi, ki imajo oster neprijeten vonj, ki ga človek zlahka občuti tudi pri zelo nizki koncentraciji. Ta previdnostni ukrep vam omogoča, da hitro opazite kopičenje plina v prostoru, če je prišlo do puščanja.
V sodobni industriji se uporablja vakuumsko oblikovanje, metoda izdelave izdelkov iz pločevine termoplasta. Produkt zahtevane konfiguracije dobimo zaradi razlike tlaka, ki nastane zaradi vakuuma v votlini kalupa, nad katero je pločevina pritrjena. Uporablja se na primer pri proizvodnji posod, delov hladilnikov, ohišja za instrumente. Zaradi difuzije je na ta način možno zvariti tisto, kar se ne da zvariti samo (kovina s steklom, steklo in keramika, kovine in keramika in še marsikaj).
Zaradi difuzije različnih izotopov urana skozi porozne membrane je bilo obdelano gorivo za jedrske reaktorje. Jedrsko gorivo se včasih imenuje jedrsko gorivo.
Absorpcija (resorpcija) snovi pri vnosu v podkožje, v mišice ali pri nanosu na sluznico očesa, nosu, kožo sluhovoda nastane predvsem zaradi difuzije. Na tem temelji uporaba številnih zdravilnih učinkovin, vsrkavanje v mišicah pa je hitrejše kot v koži.
Ljudska modrost pravi: "Kosi koso, dokler je rosa." Povej mi, kaj imata pri tem difuzija in jutranja košnja? Razlaga je zelo preprosta. V času jutranje rose imajo trave povečan turgorni tlak, ustniki so odprti, stebla so elastična, kar olajša njihovo košnjo (trava, pokošena z zaprtimi ustji, se slabše suši).
V vrtnarstvu med brstenjem in cepljenjem rastlin na odsekih zaradi difuzije nastane kalus (iz latinskega Callus - koruza) - tkivo rane v obliki vliva na mestih poškodb in pospešuje njihovo celjenje, zagotavlja zlivanje potomka z zalogo.
Kalus se uporablja za pridobivanje kulture izoliranih tkiv (eksplantacija). To je način dolgotrajnega ohranjanja in gojenja v posebnih hranilnih medijih celic, tkiv, majhnih organov ali njihovih delov, izoliranih iz človeškega telesa, živali in rastlin. Temelji na metodah gojenja kulture mikroorganizmov, ki zagotavljajo asepso, prehrano, izmenjavo plinov in odstranjevanje presnovnih produktov gojenih predmetov. Ena od prednosti metode tkivne kulture je zmožnost opazovanja vitalne aktivnosti celic z mikroskopom. Za to se rastlinsko tkivo goji na hranilnih medijih, ki vsebujejo avksine in citokinine. Kalus je običajno sestavljen iz slabo diferenciranih homogenih celic izobraževalnega tkiva, ob spremembi rastnih pogojev pa se lahko v hranilnem mediju tvori predvsem vsebnost fitohormonov v njem floem, ksilem in druga tkiva ter razvoj različnih organov in cela rastlina.
II.7. Oblikovanje individualnih eksperimentov.
Z znanstveno literaturo sem poskušal ponoviti zame najbolj zanimive izkušnje. Mehanizem difuzije in rezultate teh eksperimentov sem prikazal v predstavitvi v obliki animacijskih modelov.
IZKUŠNJE 1. Vzemite dve epruveti: eno polovico napolnjeno z vodo, drugo polovico napolnjeno s peskom. V epruveto s peskom nalijte vodo. Prostornina mešanice vode in peska v epruveti je manjša od vsote volumnov vode in peska.
IZKUŠNJE 2. Dolgo stekleno cev do polovice napolnite z vodo, nato pa nanjo nalijte obarvan alkohol. Z gumijastim obročem označite celoten nivo tekočine v cevi. Po mešanju vode in alkohola se volumen zmesi zmanjša.
(Poskusa 1 in 2. dokazujeta, da med delci snovi obstajajo vrzeli; med difuzijo se napolnijo z delci snovi – tujka.)
IZKUŠNJE 3. Vato, navlaženo z amoniakom, pripeljemo v stik z vatirano palčko, navlaženo z indikatorjem fenolftaleina. Opazujemo obarvanje flisa v škrlatno barvo.
Zdaj na dno steklene posode položimo vatirano palčko, navlaženo z amoniakom, in navlažimo s fenolftaleinom. Pritrdite na pokrov in s tem pokrovom pokrijte stekleno posodo. Čez nekaj časa se vata, navlažena s fenolftaleinom, začne obarvati.
Zaradi interakcije z amoniakom se fenolftalein spremeni v škrlatno barvo, kar smo opazili, ko je flis prišel v stik. Toda zakaj potem, v drugem primeru, vata, navlažena s fenolftaleinom. Je tudi obarvan, ker zdaj flis ni bil priveden v stik? Odgovor: neprekinjeno kaotično gibanje delcev snovi.
IZKUŠNJE 4. Ob steni znotraj visoke valjaste posode spustite ozek trak filtrirnega papirja, namočenega v mešanico škrobne paste z raztopino indikatorja fenoftaleina. Na dno posode položite kristale joda. Posodo tesno zaprite s pokrovom, na katerega je obešena vata, namočena v raztopini amoniaka.
Zaradi interakcije joda s škrobom se na trak papirja dvigne modro-vijolična barva. Hkrati se navzdol širi škrlatna barva - dokaz gibanja molekul amoniaka. Po nekaj minutah se bodo meje obarvanih območij papirja srečale, nato pa se modra in škrlatna barva pomešata, torej pride do difuzije [10] .
IZKUŠNJE 5.(preživeti skupaj) Vzemite uro z sekundarno kazalko, merilni trak, stekleničko toaletne vode in stojte v različnih kotih sobe. Eden meri čas in odpre steklenico. Drugi označuje čas, ko zadiši toaletno vodo. Z merjenjem razdalje med eksperimentatorji najdemo hitrost difuzije. Za natančnost se poskus ponovi 3-4 krat in najde se povprečna vrednost hitrosti. Če je razdalja med eksperimentatorji 5 metrov, se vonj čuti po 12 minutah. To pomeni, da je hitrost difuzije v tem primeru 2,4 m / min.
IZKUŠNJE 6. DOLOČANJE VISKOZNOSTI PLAZME Z METODO PLAZMOLIZE (po P.A. Genkel).
Hitrost napada konveksna plazmoliza v rastlinskih celicah je pri zdravljenju s hipertanično raztopino odvisno od viskoznosti citoplazme; manjša kot je viskoznost citoplazme, prej konkavna plazmoliza postane konveksna. Viskoznost citoplazme je odvisna od stopnje razpršenosti koloidnih delcev in njihove hidracije, od vsebnosti vode v celici, od starosti celic in drugih dejavnikov.
napredek. Iz lista aloe naredimo tanek rez povrhnjice ali pa povrhnjico odtrgamo z mehkih lusk čebule. Pripravljene dele niansiramo v urnem steklu 10 minut v raztopini nevtralne rdeče koncentracije 1: 5000. Nato rezine predmeta položimo na stekelce v kapljico saharoze nizke koncentracije in pokrijemo z enim pokrovnim stekelcem. Pod mikroskopom opazimo stanje plazmolize. Prvič, v celicah opazimo konkavno plazmolizo. V prihodnosti se ta oblika bodisi ohrani ali pa se z različno hitrostjo spremeni v konveksno obliko. Pomembno je opozoriti na prehodni čas konkavne plazmolize v konveksno. Časovni interval, v katerem konkavna plazmoliza postane konveksna, je pokazatelj stopnje viskoznosti protoplazme. Daljše kot je trajanje prehoda na konveksno plazmolizo, višja je viskoznost plazme. Plazmoliza v celicah čebule se začne hitreje kot v koži aloe. To pomeni, da je citoplazma celic aloe bolj viskozna.
IZKUŠNJE 7. PLAZMOLIZA. DEPLAZMOLIZA. PRODANJE SNOVI V VAKUOL [2]
Nekatere organske snovi prodrejo v vakuolo precej hitro. V celicah, ko jih hranimo v raztopinah takšnih snovi, se plazmoliza razmeroma hitro izgubi in pride do deplazmolize.
Deplazmoliza je obnova turgorja v celicah(tj. pojav, nasproten plazmolizi).
napredek. Odseke zgornje povrhnjice obarvanih čebulnih lusk (konkavna stran) damo v kapljico IM raztopine gnojila za rastline sečnine ali glicerina neposredno na stekelce, prekrito s pokrovnim stekelcem. Po 15-30 minutah se predmeti pregledajo pod mikroskopom. Plazmolizirane celice so jasno vidne. Odseke pustite v kapljici raztopine še 30-40 minut. Nato jih ponovno pregledamo pod mikroskopom in opazimo deplazmolizo - obnovo turgorja.
Zaključek : rastline ne morejo jasno nadzorovati količine kemikalij, ki vstopajo in izstopajo iz celic.
III. Zaključek.
Procesi fizikalnih in kemičnih premikov elementov v Zemljini notranjosti in vesolju ter procesi vitalne aktivnosti celic in tkiv živih organizmov so podvrženi zakonitosti difuzije. Difuzija ima pomembno vlogo na različnih področjih znanosti in tehnologije, v procesih, ki se dogajajo v živi in neživi naravi. Difuzija vpliva na potek številnih kemičnih reakcij, pa tudi na številne fizikalno-kemijske procese in pojave: membrana, izhlapevanje, kondenzacija, kristalizacija, raztapljanje, nabrekanje, zgorevanje, katalitsko, kromatografsko, luminiscentno, električno in optično v polprevodnikih, umirjanje nevtronov v jedrskem reaktorju itd. . Difuzija je velikega pomena pri tvorbi dvojne električne plasti na faznih mejah, pri difuzionoforezi in elektroforezi, pri fotografskih procesih za hitro pridobivanje slik itd. Difuzija služi kot osnova za številne običajne tehnične operacije: sintranje praškov, kemično-termično obdelava kovin, metalizacija in varjenje materialov, strojenje usnja in krzna, barvanje vlaken, premikanje plinov z uporabo difuzijskih črpalk. Vloga difuzije se je močno povečala v povezavi s potrebo po ustvarjanju materialov z vnaprej določenimi lastnostmi za razvojna področja tehnologije (jedrska energija, astronavtika, sevalni in plazemsko-kemijski procesi itd.). Poznavanje zakonov, ki urejajo difuzijo, vam omogoča, da preprečite neželene spremembe izdelkov, ki nastanejo pod vplivom visokih obremenitev in temperatur, sevanja in še veliko, veliko več ...
Kakšen bi bil svet brez difuzije? Ustavite toplotno gibanje delcev - in vse okoli bo umrlo!
Pri svojem delu sem povzel zbrano gradivo na temo povzetka in za zagovor pripravil predstavitev, narejeno v urejevalniku Power Point. Ta predstavitev bo po mojem mnenju lahko popestrila učno gradivo na to temo. Nekatere eksperimente, opisane v literaturi, sem ponovil in nekoliko spremenil. Najbolj zanimivi primeri difuzije so predstavljeni na diapozitivih predstavitve v animacijskih modelih.
IV. Rabljene knjige:
1. Antonov VF, Chernysh AM, Pasechnik VI, et al Biofizika.
M., Arktos-Vika-press, 1996
2. Afanasjev Yu.I., Yurina N.A., Kotovsky E.F. in druga histologija.
M. Medicina, 1999.
3. Alberts B., Bray D., Lewis J. in drugi Molekularna biologija celice.
V 3 zvezkih. Letnik 1.M., Mir, 1994.
4. Velika enciklopedija Cirila in Metoda 2006
5. Varikash V.M. in druga fizika v naravi. Minsk, 1984.
6. Demyankov E.N. Biološke naloge. M. Vladoš, 2004.
7. Nikolaev N.I. Difuzija v membranah. M. Kemija, 1980, str 76
8. Peryshkin A.V. fizika. 7. M. Droha, 2004.
9. Fizični enciklopedični slovar, M., 1983, str. 174-175, 652, 754
10. Shablovsky V. Zabavna fizika. Sankt Peterburg, "trigon" 1997, str.416
11.xttp // bio. fizten / ru. /
12.xttp // markiv. narod.ru./
13. "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%84%D1%84%D1%83%D0%B7%D0%B8%D1%8F" Kategorije: Pojavi na atomski ravni | Termodinamični pojavi | Prenosni fenomeni | Difuzija
