Тези науково-дослідницької роботи
«Дифузія в живій і неживій природі»
Ободовської Наталії Валеріївної
члена Чернівецького районного
наукового товариства «Надія»
секція «Фізика»
Борівської ЗОШ I-III ступенів 11 класу
село Борівка Чернівецького району
Науковий керівник:вчитель фізики
Покрищук Наталія Володимирівна
Як багато дивного і цікавого відбувається навколо нас. Світять на нічному небі далекі зірки, горить на вікні свіча, вітер розносить пахощі квітучої черемхи, тебе проводжає поглядом старіюча бабуся.... Багато хочеться дізнатися, спробувати пояснити самостійно. Адже багато природних явищ пов'язані з процесами дифузії, про яку ми вивчали у школі. Але казали так мало!
Мета роботи:
- Розширити і поглибити знання про дифузію.
- Змоделювати окремі дифузійні процеси.
- Створити додатковий матеріал у комп'ютерному виконанні для використання
на уроках фізики та біології.
Завдання:
- Знайти необхідний матеріал в літературі, Інтернет-мережі, вивчити і проаналізувати його .
- З'ясувати, де в живій і неживій природі (фізики та біології) зустрічаються явища дифузії, яке значення вони мають, де застосовуються людиною.
- Описати і спроектувати найбільш цікаві досліди по даному явищу.
- Створити анімаційні моделі деяких дифузійних процесів.
Методи: аналіз і синтез літератури, проектування, моделювання.
Моя робота складається з трьох частин; основна частина - з 7 розділів. Мною були вивчені та опрацьовані матеріали 9 літературних джерел, серед яких навчальна, довідкова, наукова література та Інтернет-сайти, а також підготовлена презентація, зроблена у редакторі Power Point. .
ЗМІСТ
Вступ……………………………………………………………………………4
Розділ 1
Дифузія та її особливості
- Історія відкриття явища дифузії…………………………………………..6
1.2Дифузія,її види………………………………………………………………9
1.3Від чого залежить швидкість дифузії…………………………….………10
Розділ 2
Дифузія у живій і неживій природі
2.1 Дифузія у неживій природі……………………………………………….11
2.2 Дифузія у живій природі…………………………………….………….....13
2.2.1 Дифузія в рослинному світі ………………………………………….…13
2.2.2 Роль дифузії в травленні і диханні людини………...……………….…...13
2.2.3 Роль дифузії в живленні рослин…………………………….…………..14
2.2.4 Осмос………………………………………………………………………16
2.2.5 Застосування дифузії в медицині………………………………………..18
2.2.6 Застосування дифузії в техніці та повсякденному житті ……………..19
2.2.7 Шкідливий прояв дифузії………………………………………………..19
Висновки…………………………………………………………..……………..21
Список використаних джерел……………………………………………….…23
Додатки……………………………………………………………………………24
ВСТУП
Дифузія - фундаментальне явище природи. Воно лежить в основі перетворень речовини і енергії. Його прояви мають місце на всіх рівнях організації природних систем на нашій планеті, починаючи з рівня елементарних частинок, атомів і молекул, і закінчуючи геосферою. Воно широко використовується в техніці, в повсякденному житті. У шкільних підручниках дифузія визначається як проникнення частинок однієї речовини між частинками іншої речовини. Сутність дифузії - рух частинок середовища, що приводить до переносу речовин і вирівнювання концентрацій або до встановлення рівноважного розподілу частинок даного виду в середовищі. Дифузія молекул і атомів обумовлена тепловим рухом.
Процес дифузії являє собою один з механізмів прояву II закону термодинаміки, відповідно до якого будь-яка система прагне перейти в більш рівноважний стан, тобто стійкий стан, що характеризується зростанням ентропії і мінімуму енергії. Дифузія є фундаментальним процесом, що лежить в основі функціонування живих систем будь-якого рівня, починаючи з рівня елементарних частинок (електронна дифузія) і закінчуючи біосферним рівнем (кругообігом речовин в біосфері). Явище дифузії широко використовується на практиці. У повсякденному житті - заварка чаю, консервування овочів, виготовлення варення. У виробництві - цементація (...сталевих деталей, для підвищення їх твердості і жаростійкості) процеси алітування і оксидування. Проте в шкільній практиці учні ознайомлюються з дифузією на уроках фізики на досліді з дифузією мідного купоросу в посудині з водою, вважаючи, що це явище спостерігається тільки на демонстраційному столі, а на практиці, в природі, в житті живих організмів воно не має місця.
Зважаючи на надзвичайно важливу роль дифузії в природі, її широке застосування на практиці, я вирішила за необхідне розширити свої знання про це явище.
Прочитаймо уривок із старої ассірійської казки «Цар Зимаар». «Був у царя розумний радник Аяз, якого він дуже поважав. Як зазвичай буває в таких випадках, у Аяза були вороги, які його обмовили перед царем, і той, послухавши їх, посадив його в тюрму. Коли до Аязу прийшла дружина, він велів їй зловити велику мурашку, прив'язати до її лапки міцну нитку довжиною сорок метрів, до її вільного кінця прив'язати мотузку такої ж довжину і пустити мурашку по зовнішній стіні в'язниці в зазначеному місці. Як сказав Аяз, так дружина і зробила. Сам же Аяз накришив на вікно камери цукру і мураха по запаху цукру дісталась до камери, де сидів Аяз» .
Яке фізичне явище допомогло Аязу дістати у своє розпорядження мотузку для втечі?
РОЗДІЛ 1
ДИФУЗІЯ У ЖИВІЙ І НЕЖИВІЙ ПРИРОДІ
- Історія відкриття явища
При спостереженні в мікроскопі суспензії квіткового пилку у воді Роберт Броун спостерігав хаотичний рух частинок, що виникає не від руху рідини і не від її випаровування. Видимі тільки під мікроскопом частинки розміром 1 мкм і менше здійснювали невпорядковані незалежні рухи, описуючи складні зигзагоподібні траєкторії. Броунівський рух не слабшає з часом і не залежить від хімічних властивостей середовища; його інтенсивність збільшується з ростом температури середовища і із зменшенням її в'язкості і розмірів частинок. Навіть якісно пояснити причини броунівського руху вдалося тільки через 50 років, коли причину броунівського руху стали пов'язувати з ударами молекул рідини об поверхню вміщеної в ній частинки.
Перша кількісна теорія броунівського руху була дана А. Ейнштейном і М. Смолуховским у 1905-06 рр. на основі молекулярно-кінетичної теорії. Було показано, що випадкові блукання броунівських частинок пов'язані з їх участю в тепловому русі нарівні з молекулами того середовища, в якому вони знаходяться. Частинки мають в середньому таку ж кінетичну енергію, але через більшу масу мають меншу швидкість . Теорія броунівського руху пояснює випадкові рухи частинки під дією випадкових сил з боку молекул і сил тертя. Згідно цієї теорії, молекули рідини або газу знаходяться в постійному тепловому русі, причому імпульси різних молекул не однакові за величиною і напрямком. Якщо поверхня частинки, вміщеної в таке середовище, мала, як це має місце для броунівської частинки, то удари з боку оточуючих її молекул, не будуть компенсуватися. Тому в результаті «бомбардування» молекулами броунівска частинка приходить в безладний рух, змінюючи величину і напрям своєї швидкості приблизно у 1014 разів за секунду.
З цієї теорії випливало, що, вимірявши зміщення частинки за певний час і знаючи її радіус і в'язкість рідини можна обчислити число Авогадро.
Висновки теорії броунівського руху були підтверджені вимірами Ж. Перрена і Т. Сведберга у 1906 р. На основі цих співвідношень були експериментально визначені постійна Больцмана і постійна Авогадро. (Постійна Авогадро позначається NА, число молекул або атомів в 1 молі речовини, NА=6,022.1023 моль-1; названу на честь А. Авогадро.)
Постійна Больцмана , фізична постійна k, рівна відношенню універсальної газової сталої R до числа Авогадро NА: k = R/ NА = 1,3807.10-23 Дж/К. Названа по імені Л. Больцмана.)
Спостереження броунівського руху фіксує положення частинки через рівні проміжки часу. Чим коротші проміжки часу, тим більш ламаною буде виглядати траєкторія руху частинки.
Закономірності броунівського руху служать наочним підтвердженням фундаментальних положень молекулярно-кінетичної теорії. Було остаточно встановлено, що теплова форма руху матерії зумовлена хаотичним рухом атомів або молекул, з яких складаються макроскопічні тіла .
Теорія броунівського руху зіграла важливу роль в обґрунтуванні статистичної механіки, на ній заснована кінетична теорія коагуляції (перемішування) водних розчинів. Крім цього, вона має й практичне значення в метрології, так як броунівський рух розглядають як основний фактор, що обмежує точність вимірювальних приладів. Наприклад, межа точності показань дзеркального гальванометра визначається тремтінням дзеркальця, подібно броунівської частинки яка бомбардується молекулами повітря . Законами броунівського руху визначається випадковий рух електронів, що викликає шуми в електричних ланцюгах. Діелектричні втрати в діелектриках пояснюються випадковими рухами молекул-диполів, складових діелектрик. Випадкові рухи іонів у розчинах електролітів збільшують їх електричний опір.
Таким чином, ДИФУЗІЯ, АБО БРОУНІВСЬКИЙ РУХ - це безладний рух найдрібніших частинок, вміщених в рідині або газі, що відбувається під дією ударів молекул навколишнього середовища; відкрито
Р. Броуном в 1827 р.
1.2 Дифузія та її види
Розрізняють дифузію і самодифузію. Дифузією називається самовільне проникнення молекул однієї речовини в проміжки між молекулами іншої речовини. При цьому відбувається перемішування частинок. Дифузія спостерігається для газів, рідин і твердих тіл. Наприклад, крапелька чорнила перемішується в склянці води. Або запах одеколону поширюється по всьому приміщенню.
Дифузія, як і самодифузія, існує, поки є градієнт щільності речовини. Якщо щільність якої-небудь однієї і тієї ж речовини неоднакова в різних частинах об'єму, то спостерігається явище самодифузії. Самодифузією називається процес вирівнювання щільності ( її концентрації) однієї і тієї ж речовини. Дифузія і самодифузія відбуваються завдяки тепловому руху молекул, який при нерівноважних станах створюють потоки речовини.
Явище дифузії підкоряється закону Фіка
(1.1)
Де C - модуль градієнта щільності, який визначає швидкість зміни щільності в напрямі осі х(концентрація речовини);
D - коефіцієнт дифузії, який розраховується з молекулярно-кінетичної теорії
Мінус показує, що перенесення маси відбувається в напрямку зменшення щільності.
Рівняння (1.1) називається рівнянням дифузії або законом Фіка.
1.3 Швидкість дифузії
При русі частинки в речовині, вона постійно стикається з її молекулами. Це одна з причин, чому в звичайних умовах дифузія йде повільніше звичайного руху. Від чого ж залежить швидкість дифузії? По-перше, від середньої відстані між зіткненнями частинок, тобто довжини вільного пробігу. Чим більша ця довжина, тим швидше частинка проникає в речовину.
По-друге, на швидкість впливає тиск. Чим щільніше упаковані частинки в речовині, тим важче частці-прибульцю проникнути в таку упаковку.
По-третє, суттєво впливає на швидкість дифузії молекулярна маса речовини. Чим більша мішень, тим імовірніше попадання, а після зіткнення швидкість завжди сповільнюється .
І, по-четверте, температура. З ростом температури коливання частинок збільшуються, зростає швидкість молекул. Однак, швидкість дифузії в тисячу разів повільніша швидкості вільного руху .
Всі види дифузії підпорядковуються однаковим законам, описуються за допомогою коефіцієнта дифузії D, який є скалярною величиною і визначається з першого закону Фіка.
Висновок. На дифузні зміни впливають:
- молекулярна маса речовини (чим вища молекулярна маса, тим менша швидкість);
- середня відстань між зіткненнями частинок (чим більша довжина пробігу, тим більша швидкість);
- тиск (чим щільніша упаковка частинок, тим важче її пробити),
- температура (з підвищенням температури підвищується швидкість).
РОЗДІЛ 2
ДИФУЗІЯ У ЖИВІЙ І НЕЖИВІЙ ПРИРОДІ
2.1 Дифузія у неживій природі
Чи знаєте ви, що все наше життя побудоване на дивному парадоксі природи? Всім відомо, що повітря, яким ми дихаємо, складається з газів різної щільності: азоту N2, кисню О2, вуглекислого газу СО2 і незначної кількості інших домішок. І ці гази повинні бути розташовані шарами, відповідно силі тяжіння: найважчий, СО2,- біля самої поверхні землі, над ним – О2, ще вище – N2. Але цього не відбувається. Нас оточує однорідна суміш газів. Чому не гасне полум'я? Адже кисень, що оточує його, швидко вигорає? Тут, як і в першому випадку, діє механізм вирівнювання. Дифузія перешкоджає порушенню рівноваги в природі!
Чому море солоне? Ми знаємо, що річки пробиваються крізь товщу гірських порід, мінералів і вимивають солі в море. Як перемішування солі з водою відбувається? Це можна пояснити за допомогою простого досліду:
ОПИС ДОСЛІДУ: В скляну посудину наливаємо водний розчин мідного купоросу. Поверх розчину обережно наливають чисту воду. Спостерігаємо кордон між рідинами.
Питання: Що буде відбувається з цими рідинами з плином часу? З плином часу межа між дотичними рідинами почне розмиватися. Посудину з рідинами можна поставити в шафу і день у день спостерігати, як відбувається мимовільне перемішування рідин. Зрештою, в посудині утворюється однорідна рідина блідо-блакитного кольору, майже безбарвна на світлі.
Частинки мідного купоросу важче води, але завдяки дифузії вони повільно піднімаються вгору. Причина в будові рідини. Частинки рідини упаковані в компактні групи - псевдоядра. Вони відокремлені один від одного пустотами - дірками. Ядра не стабільні, їх частки недовго перебувають у рівновазі. Варто частці надати енергії, як частинка відривається від ядра і провалюється в порожнечу. Звідти вона легко перескакує до іншого ядра і т. д.
Молекули чужорідної речовини починають свою подорож по рідині з дірок. На шляху вони стикаються з ядрами, вибивають з них частинки, стають на їх місце. Перебираючись з одного вільного місця на інше, вони повільно перемішуються з частинками рідини. Ми вже знаємо, що швидкість дифузії мала. Тому в звичайних умовах цей дослід проходить18 днів, при підігріві - 2-3 хвилини.
Висновок: В полум'ї Сонця, життя і смерті далеких сяючих зірок, в повітрі, яким ми дихаємо, зміні погоди, практично у всіх фізичних явищах ми бачимо прояв всемогутньої дифузії!
2.2 Дифузія у живій природі
2.2.1 Дифузія в рослинному світі
Для речовин, що знаходяться в грунті, будемо говорити про повітряне харчування листя за рахунок атмосфери або харчування одного органу за рахунок іншого, сусіднього, - скрізь для пояснення ми будемо вдаватися до тих же причин: дифузія».
Дійсно, у рослинному світі дуже велика роль дифузії. Наприклад, великий розвиток листової крони дерев пояснюється тим, що дифузійний обмін крізь поверхню листя виконує не тільки функцію дихання, але частково і харчування. В даний час широко практикується позакореневе підживлення плодових дерев шляхом обприскування їх крони.
Велику роль відіграють дифузійні процеси в постачанні природних водойм і акваріумів киснем. Кисень потрапляє в більш глибокі шари води в стоячих водах за рахунок дифузії через їх вільну поверхню. Тому небажані всякі обмеження вільної поверхні води. Так, наприклад, листя або ряска, покривають поверхню води, можуть зовсім припинити доступ кисню до води і привести до загибелі його мешканців. З цієї ж причини посудини з вузьким горлом непридатні для використання в якості акваріума .
В процесі обміну речовин, при розщепленні складних поживних речовин або їх елементів на більш прості, відбувається вивільнення енергії, необхідної для життєдіяльності організму .
2.2.2 Роль дифузії в травленні і диханні людини
Кілька слів про травлення людини Найбільше всмоктування поживних речовин відбувається у тонких кишках, стінки яких спеціально для цього пристосовані. Площа внутрішньої поверхні кишечника людини дорівнює 0,65 квадратних метра. Вона покрита ворсинками - мікроскопічними утвореннями слизової оболонки висотою 0,2-1 мм, за рахунок чого площа реальної поверхні кишечника досягає 4-5 квадратних метра, тобто досягає в 2-3 рази більше площі поверхні всього тіла. Процес всмоктування поживних речовин у кишечнику можливий завдяки дифузії. Дихання - перенесення кисню з навколишнього середовища всередину організму крізь його покриви - відбувається тим швидше, чим більша площа поверхні тіла і навколишнього середовища, і тим повільніше, чим товщі і щільніші покриви тіла. Звідси зрозуміло, що малі організми, у яких площі поверхні великі порівняно з об'ємом тіла, можуть обходитися зовсім без спеціальних органів дихання, задовольняючись припливом кисню виключно через зовнішню оболонку (якщо вона досить тонка і зволожена).У більш великих організмів дихання через шкіру може виявитися більш чи менш достатнім лише за умови, що покриви надзвичайно тонкі (земноводні); при грубих покривах необхідні спеціальні органи дихання. Основні фізичні вимоги до цих органів - максимум поверхні і мінімум товщини, висока зволоженість покривів. Перше досягається численними розгалуженнями або складками (легеневі альвеоли, бахромчата форма зябер).А як же дихає людина? У людини в диханні бере участь вся поверхня тіла - від самого епідермісу п'ят до вкритої волоссям шкіри голови. Особливо інтенсивно дихає шкіра на грудях, спині і животі. Цікаво, що по інтенсивності дихання ці ділянки шкіри значно перевершують легені. З однакової за розміром дихальної поверхні тут може поглинатися кисню на 28% , а виділятися вуглекислого газу навіть на 54% більше, ніж у легенях.Однак у всьому дихальному процесі участь шкіри мізерно в порівнянні з легкими, так як загальна площа поверхні легень, якщо розгорнути всі 700 млн. альвеол, мікроскопічних бульбашок, через стінки яких відбувається газообмін між повітрям і кров'ю, становить близько 90-100 квадратних метрів, а загальна площа поверхні шкіри людини близько 2 квадратних метрів, тобто, в 45-50 разів менше.
2.2.3Роль дифузії в живленні рослин
Основну роль в дифузійних процесах в живих організмах грають мембрани клітин, що володіють вибірковою проникністю. Проходження речовин через мембрану залежить від:
• розміру молекул;
• електричного заряду;
• від присутності і числа молекул води ;
• від розчинності цих частинок в жирах;
• від структури мембрани .
Існує дві форми дифузії: а) діаліз - це дифузія молекул розчиненої речовини; б) осмос - це дифузія розчинника через напівпроникну мембрану. У ґрунтових розчинах містяться мінеральні солі та органічні сполуки. Вода з грунту потрапляє в рослину шляхом осмосу через напівпроникні мембрани кореневих волосків. Концентрація води в ґрунті виявляється вище, ніж усередині кореневих волосків, тому відбувається дифузія із зони з більшою концентрацією до зони з меншою концентрацією. Потім концентрація води в цих клітинах стає вище ніж в верхніх - виникає кореневий тиск, що обумовлює висхідний струм соку з коріння і стебла, а втрата води листям забезпечує подальше поглинання води (додаток 3) .
Мінеральні речовини надходять в рослину: а) шляхом дифузії; б) іноді шляхом активного переносу проти градієнта концентрації, що супроводжується витратою енергії. Розрізняють також тургорний тиск - це тиск, який чиниться вмістом клітини на клітинну стінку. Він майже завжди нижче осмотичного тиску клітини соку, так як зовні знаходиться не чиста вода, а сольовий розчин. Значення тургорного тиску:
- збереження форми рослинного організму;
- забезпечення зростання в молодих клітинах рослин ;
- збереження пружності рослин (наприклад кактуса і алое) ;
- формоутворення при відсутності арматурної тканини (помідор).
Говорячи про значення осмосу для живих організмів, ми не можемо не зупинитися на плазмолізі.
Якщо концентрація солей в рідині, що омиває клітку, вища, ніж у клітинному соці, як, наприклад, при зануренні аркуша салату в концентрований сольовий розчин, то вода клітинного соку дифундує з клітки, переміщаючись із зони з більшою концентрацією води в зону з меншою її концентрацією, Нарешті, вміст клітини втрачає здатність чинити тиск на клітинну стінку, іншими словами, тургорний тиск знижується до нуля і салат в'яне . Коли в результаті втрати води обсяг клітинного соку зменшується, цитоплазма клітини не виявляється більше притиснутою до целюлозної клітинної стінки. Замість цього цитоплазма відстає від клітинної стінки, зазнаючи процес плазмолізу. Рослинні клітини, які занадто довго знаходяться в сольовому розчині високої концентрації, гинуть. Якщо ж після короткочасного утримання в такому розчині клітини перенести в чисту воду, то вони можуть відновити свою тургенцентність. Тургорний тиск робить рослинну клітину твердою, здатною відновлюватися після деформації під дією якої-небудь зовнішньої сили. Плазмоліз є зворотнім процесом. Зворотний йому процес називається деплазмолизом, це властивість плазматичної мембрани. Таким чином, дифузія має велике значення в процесах життєдіяльності людини, тварин і рослин. Завдяки дифузії кисень з легенів проникає в кров людини, а з крові в тканини.
2.2.4 Осмос
Якщо дві речовини розділені напівпроникною перегородкою (мембраною), дифузія протікає в одному напрямку. Це явище називається осмосом.Осмос від грецького - поштовх, тиск. При осмосі відбувається вирівнювання концентрацій розчину по обидві сторони мембрани, проникної малі молекули розчинника, але не пропускала більш великі молекули розчиненої речовини. Схематичне зображення осмосу представлено на рис.3. Осмос протікає від чистого розчинника до розчину або від розведеного розчину до концентрованого. Вперше осмос спостерігав французький хімік Нолле в 1748 р.
Розчин NaCl а бо цукру
Вода
Прозора плівка
Рис.3. Схематичне зображення осмосу.
Перенесення молекул розчинника обумовлений осмотичним тиском або дифузійним. Це термодинамічний параметр, що характеризує прагнення розчину до зниження концентрації при зіткненні з чистим розчинником.
Осмотичний тиск обумовлено зниженням хімічного потенціалу розчинника в присутності розчиненої речовини. Осмотичний тиск в гранично розведених розчинах не залежить від природи розчинника і розчинених речовин; при постійній температурі він визначається тільки числом частинок. Перші вимірювання осмотичного тиску здійснив німецький ботанік Пфеффер в 1877 р., досліджуючи водні розчини цукру.
Розчини з однаковим осмотичним тиском називають ізоосмотичними. Так, різні кровозамінники та фізіологічні розчини ізоосмотичні щодо внутрішніх рідин організму. Якщо один розчин у порівнянні з іншими має більш високий осмотичний тиск, його називають гіпертонічним, а має більш низький осмотичний тиск - гіпотонічним,
Осмос в хімії
Для спостереження осмосу необхідна перегородка, проникна тільки для одних речовин і яка затримує частки іншої речовини. Давайте розглянемо процес осмосу на досліді, потрібно взяти ложку м'ясного фаршу і 0,5 склянки 10% розчину хлориду натрію, ретельно перемішати і профільтрувати через тришарову марлю. Розчин помістити в целофановий мішечок, целофан буде грати роль проникної мембрани для іонів хлориду і непроникною для великих молекул, наприклад білків.
Целофановий мішечок опустити в склянку з дистильованою водою, попередньо перевіривши на вміст у воді хлорид - іонів. Розчин не мутніє від нітрату срібла, значить не містить хлорид - іони. Якщо залишити мішечок на 5 хвилин у воді, а потім капнути у воду розчин АgNО3,то спостирігатимемо помутніння, що вказує на появу хлорид - іонів, які надходять через целофан в дистильовану воду. Частинки білка великі і тому вони затрималися на поверхні целофану.Аналогічний процес застосовується в медицині, наприклад, в апараті «штучна нирка».
2.2.5 Застосування дифузії в медицині
Більш 30 років тому німецький лікар Вільям Кольф застосував апарат «штучна нирка» (додаток 1). З тих пір він застосовується: для невідкладної хронічної допомоги при гострій інтоксикації; для підготовки хворих з хронічною нирковою недостатністю до трансплантації нирок; для тривалого (10-15 років) життєзабезпечення хворих з хронічним захворюванням нирок.
Застосування апарату «штучна нирка» стає більшою мірою терапевтичною процедурою, апарат застосовується як в клініці, так і в домашніх умовах. З допомогою апарату проводилася підготовка реципієнта до першої в світі успішної трансплантації нирки, проведеної в 1965 р. академіком Б. В. Петровським. Апарат являє собою гемодиалізатор, в якому кров стикається через напівпроникну мембрану з сольовим розчином. Внаслідок різниці осмотичних тисків крові в сольовий розчин крізь мембрану проходять іони і молекули продуктів обміну (сечовина. , сечова кислота), а також різні токсичні речовини, що підлягають виведенню з організму . Апарат являє собою систему з плоских каналів, розділених тонкими целофановими мембранами, за якими зустрічними потоками повільно рухаються кров і диалізат - сольовий розчин, збагачений газовою сумішю СО2 + О2. Апарат підключається до кровоносної системи хворого з допомогою катетерів, введених в порожнисту (вхід крові в диализат) і ліктьову (вихід) вени. Діаліз триває 4-6 год. Цим досягається очищення крові від азотистих шлаків при недостатній функції нирок, тобто здійснюється регулювання хімічного складу крові .
2.2.6 Застосування дифузії в техніці та повсякденному житті
Дифузія знаходить широке застосування в промисловості і повсякденному житті. На явищі дифузії заснована дифузійне зварювання металів. Методом дифузійного зварювання без застосування припоїв, електродів і флюсів з'єднують між собою метали, неметали, метали і неметали, пластмаси. Деталі поміщають у закриту зварювальну камеру з сильним розрядженням, здавлюють і нагрівають до 800 градусів. При цьому відбувається інтенсивна взаємна дифузія атомів в поверхневих шарах контактуючих матеріалів. Дифузійне зварювання застосовується в основному в електронній та напівпровідниковій промисловості, точному машинобудуванні .В результаті дифузії носіїв в напівпровідниках виникає електричний струм, Переміщення носіїв заряду в напівпровідниках обумовлено неоднорідністю їх концентрації. Для створення, наприклад, напівпровідникового діода в одну з поверхонь германію вплавляють індій. Унаслідок дифузії атомів індію в глиб монокристала германія в ньому утворюється р-n - перехід, за яким може йти значний струм при мінімальному опорі. На явищі дифузії заснований процес металізації - покриття поверхні виробу шаром металу або сплаву для надання їй фізичних, хімічних і механічних властивостей, відмінних від властивостей матеріалу,що металізується. Застосовується для захисту виробів від корозії, зносу, підвищення контактної електричної провідності, в декоративних цілях, так, для підвищення твердості і жаростійкості сталевих деталей застосовують цементацію. Вона полягає в тому, що сталеві деталі поміщають в ящик з графітовим порошком, який встановлюють в термічній печі. Атоми вуглецю в результаті дифузії проникають в поверхневий шар деталей. Глибина проникнення залежить від температури і часу витримки деталей в термічній печі (додаток 2).
2.2.7 Шкідливий прояв дифузії
На жаль, необхідно відзначити і шкідливі прояви цього явища.. Димові труби підприємств викидають в атмосферу вуглекислий газ, оксиди азоту та сірки. В даний час загальна кількість емісії газів в атмосферу перевищує 40 мільярдів тонн у рік Надлишок вуглекислого газу в атмосфері небезпечний для живого світу Землі, порушує кругообіг вуглецю в природі, що призводить до утворення кислотних дощів. Процес дифузії відіграє велику роль у забрудненні річок, морів і океанів. Річне скидання виробничих і побутових стоків у світі дорівнює приблизно 10 трильйонів тонн.Забруднення водойм призводить до того, що у них зникає життя, а воду, що використовується для пиття, доводиться очищати, що дуже дорого. Крім того, у забрудненій воді відбуваються хімічні реакції з виділенням тепла. Температура води підвищується, при цьому знижується вміст кисню у воді, що погано для водних організмів. Із-за підвищення температури води багато річок тепер взимку не замерзають. Для зниження викиду шкідливих газів промислових труб, труб теплових електростанцій встановлюють спеціальні фільтри. Для попередження забруднення водойм необхідно стежити за тим, щоб поблизу берегів не викидали сміття, харчові відходи, гній, різного роду хімікати.
ВИСНОВКИ
Закономірностям дифузії підкоряються процеси фізико-хімічних переміщень елементів в земних надрах і у Всесвіті, а також процеси життєдіяльності клітин і тканин живих організмів. Дифузія відіграє важливу роль у різних галузях науки і техніки, в процесах, що відбуваються в живій і неживій природі. Дифузія служить основою багатьох поширених технічних операцій: спікання порошків, хіміко-термічної обробки металів, металізації та зварювання матеріалів, дублення шкіри та хутра, фарбування волокон, переміщення газів з допомогою дифузійних насосів. Роль дифузії істотно зросла у зв'язку з необхідністю створення матеріалів із заздалегідь заданими властивостями для країн, областей техніки (ядерної енергетики, космонавтики, радіаційних та плазмохімічних процесів тощо). Знання законів, керуючих дифузією, дозволяє попереджувати небажані зміни у виробах, що відбуваються під впливом високих навантажень і температур, опромінення. Яким взагалі був би світ без дифузії? Зупиниться тепловий рух частинок - і навкруги все стане мертвим!
Як ви думаєте, дифузія яких речовин описується в кожному прислів'ї ?
1. Ложка дьогтю в бочці меду.
2 Нарізану цибулю пахне і пече очі сильніше
3. Тухле яйце псує всю кашу.
4. На мішку з сіллю і мотузка солона.
5Овочевої крамниці вивіска не потрібна
6. Чоловік, який підпалив свою бороду, перший відчуває запах.
7. Крапля отрути відро молока псує.
8. Запах мускусу не приховаєш.
9 Вовка нюх годує
Ми бачимо, як велике значення дифузії в неживій природі, а існування живих організмів було б неможливо, якби не було цього явища. На жаль, доводиться боротися з негативним проявом цього явища, але позитивних факторів набагато більше і тому ми говоримо про величезному значенні дифузії в природі.
Природа широко використовує можливості, закладені в процесі дифузійного проникнення, грає найважливішу роль в поглинанні та насиченні киснем крові. У полум'ї Сонця, життя і смерті далеких зірок, в повітрі, яким ми дихаємо, усюди ми бачимо прояв всемогутньої і універсальної дифузії.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Афанасьєв Ю. І., Юріна Н.А., Котовський Е. Ф. та ін Гістологія.
М. Медицина, 1999.
2. Варикаш В. М. та ін Фізика в живій природі. Мінськ,1984.
3.Миколаїв Н.І. Дифузія в мембранах. М. Хімія, 1980, с. 76
4. Перышкин А. В. Фізика. 7. М. Дрохва, 2004.
5. Буринська Н.М. Хімія. Підручник для 9 кл. загальноосвітн. навч. закл./ Н.М. Буринська, Л.П. Величко. – К.: Перун, 2009. – 232с.:іл..
6. Данилова О.В. Біологія. Підручник для 10 кл. загальноосвіт. навч. закл./ ДаниловаО.В, Шабанова Д.А., Брайон О.В. – Х.: Торсінг, 2001. – 256с.
7. Антонов В. Ф., Черниш А. М., Пасічник в. І. та ін Біофізика.
М., Арктос-Віка-прес, 1996
Інтернет-ресурси
1.www.xumuk.ru/encyklopedia
2. ru.wikipedia.org/ wiki/ Ботаника
Додатки
Додаток 1
Штучна нирка (осмос)
Додаток 2
Дифузія в металах. Цементація деталей
Додаток 3
Живлення рослин