Скорость диффузии возрастает: Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах. Физика. 7 класс. Разработка урока

Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах. Физика. 7 класс. Разработка урока

Внимание! Администрация сайта rosuchebnik.ru не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

Цели урока:

1. образовательная: дать объяснение процесса диффузии, раскрыть особенности этого явления.
2. воспитательные: воспитывать познавательный интерес, любознательность, активность, аккуратность при выполнении заданий и интерес к изучаемому предмету; развитие коммуникативных способностей учащихся, при работе в группах
3. развивающие: развивать умения наблюдать, сравнивать, сопоставлять и обобщать результаты экспериментов; развитие воображения, логического мышления и зрительной памяти; развитие монологической речи учащихся через организацию диалогического общения на уроке

Задачи урока: сформировать понятие о диффузии в жидкостях, твердых телах и газах; в целях развития научного мировоззрения учащихся показать роль физического эксперимента и наблюдений в физике; развивать умения выделять общие признаки явлений.

Тип урока: комбинированный.

ТСО: компьютер, экран, проектор.

Оборудование: (15 шт.)

1. пробирка с ватой, смоченной нашатырным спиртом (можно спиртом) и закрытые пробкой;
2.  лист бумаги;
3. сосуды с холодной и горячей водой;
4. пробирка с кристаллами перманганата калия, закрытая пробкой;
5. пипетка;
6.  медный купорос.

Используемые источники:

• В.А. Буров. Фронтальные лабораторные занятия по физике в 7–11 классах. – М.: Просвещение, 1996.
• А.Е. Гуревич. ФИЗИКА – ХИМИЯ. – М.: Изд. дом «Дрофа», 2003.
• А.Е. Гуревич. Физика 7 класс.- М.: Изд. дом «Дрофа», 1997.
• М.Г. Ковтунович. Домашний эксперимент по физике 7–11 классы. Пособие для учителя. – М.: ВЛАДОС, 2007.
• А.А. Леонович. Физический калейдоскоп. – М.: Бюро Квантум, 1994.
• А.В. Перышкин. Физика 7 класс. – М.: Изд. дом «Дрофа», 2002.
• В. Шабловский. Занимательная ФИЗИКА. Серия «Нескучный учебник». – С-П.; Тригон, 1997.

Интернет-ресурсы:

• http://schoolcollection.edu.ru/catalog/rubr/8f5d7210-86a6-11da-a72b-0800200c9a66/21764/?&rubric_id[]=21764&sort=order
• http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1442.html
• http://www.utube.ru/pages/video/1606
• http://ru.wikipedia.org/wiki/Диффузия

Ход урока

1. Организационный момент (слайд 1)

Современному человеку нельзя обойтись без знаний основ физики, чтобы иметь правильное представление об окружающем нас мире. Сегодня вы много узнаете о законах природы, покорите еще одну вершину «Знаний». Джина «Познания», однажды выпущенного на волю, невозможно опять вернуть в пустую, заплесневелую бутылку. Да мы и не будем пытаться делать это.

Пусть будет свободным, как полет вашей мысли и фантазии!

2. Повторение (фронтальный опрос) (слайды 2–6)

• Объясните увеличение (уменьшение) объема тела при нагревании (охлаждении) с помощью гипотезы о строении вещества. (Все тела состоят из мельчайших частиц, между которыми существуют промежутки. При нагревании и охлаждении тел их размеры изменяются в связи с тем, что частицы удаляются друг от друга или сближаются друг к другу.)
• Как проверить достоверность гипотезы? (Объяснение опытов по рис. 16, 17, 18.)
• Почему все тела нам кажутся сплошными? (Частицы вещества очень малы и не видны невооруженным глазом.)

Пример №1: в 1 см³любого газа при нормальных условиях (0° С и 760 мм рт. ст.)содержится около 2,7 • 10¹⁹ молекул.

Пример № 2: если взять число кирпичей, равное числу молекул в 1 см³ газа при нормальных условиях, то, будучи плотно уложены, эти кирпичи покрыли бы поверхность всей суши земного шара слоем высотой 120 м, т. е. высотой, превосходящей почти в четыре раза высоту 10-этажного дома.

• Что такое молекула? (Молекула – мельчайшая частицы вещества, сохраняющая его химические свойства.)
• Отличаются ли между собой молекулы одного и того же вещества? (Молекулы одного и того же вещества одинаковы и не зависят от состояния вещества.)

3. Новая тема

(выполнение эксперимента и беседа с учащимися)

Задание № 1 (слайд 7)

1. Откройте на короткое время пробирку с ватой, смоченной нашатырным спиртом. Закройте пробирку. Что вы почувствовали?
2. Как можно объяснить распространение запаха спирта с точки зрения молекулярного строения вещества?

(анимация)

Если открыть пробирку с ватой, смоченной нашатырным спиртом, то мы почувствуем запах, который распространяется по классу. Это происходит, потому что молекулы спирта постоянно движутся. Движение молекул нельзя обнаружить ни в лупу, ни в микроскоп.

Двигаясь в воздухе, молекулы спирта сталкиваются с молекулами газов, входящих в состав воздуха (азотом, кислородом, углекислым газом). При этом они постоянно меняют направление движения, и беспорядочно перемещаясь, разлетаются по комнате. Поэтому, двигаясь очень быстро, молекулы спирта доносят запах до разных концов довольно медленно.

Задание № 2 (слайд 8)

1. На лист бумаги, лежащий на столе, налейте немного холодной воды из сосуда и в середину образовавшейся капли поместите кристаллик марганцовки.
2. Что вы наблюдаете? Объясните происходящее явление с точки зрения молекулярного строения вещества

При обсуждении результатов опыта внимание учащихся я обращаю на появление окрашенного пятна в форме круга, подтверждающего беспорядочное движение молекул марганца.

Вывод: Мы с вами знаем, что все тела состоят из отдельных частиц (молекул), между ними есть промежутки. Частицы движутся беспорядочно и хаотично. При своем движении молекулы марганца проникают в промежутки между молекулами воды.

(Слайд 9)

В физике это явление названо диффузией (лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание).

ДИФФУЗИЯ – это взаимное проникновение молекул одного вещества в межмолекулярные промежутки другого вещества в результате их хаотического движения и столкновений друг с другом.

(анимация)

(Слайд 10)

Сделайте вывод, где происходит диффузия быстрее: в газах или в жидкостях?

Диффузия в газах происходит быстрее, чем в жидкостях.

Как вы думаете, почему?

• Частицы газа далеко удалены друг от друга. Между ними существуют большие промежутки. Сквозь эти промежутки легко перемещаются частицы другого вещества. Поэтому диффузия в газах протекает быстро. (Слайды 11, 12.)
• Частицы в жидкости «упакованы» так, что расстояние между соседними частицами меньше их диаметра, Сами частицы могут перемещаться по всему занимаемому жидкостью объему сосуда. При смешивании двух разных жидкостей, частицы первой жидкости проникают в промежутки между частицами второй жидкости. Перемешивание жидкостей происходит медленно. (Слайды 13, 14.)

– Происходит ли диффузия в твердых телах? (Слайды 15, 16.)

В твердых телах диффузия происходит, но медленнее, чем в жидкостях. В твердых телах расстояния между частицами совсем маленькие. Они такие же, как размеры самих частиц. Проникновение через такие малые промежутки частиц другого вещества крайне затруднено и поэтому происходит очень медленно.

Запах духов, как известно, ощущается на довольно большом расстоянии. Объясняется это тем, что пары духов легко диффундируют в воздухе. Капли жидкого красителя в воде также легко диффундируют по всему сосуду. Намного труднее наблюдать диффузию в твёрдом теле. По этой причине изучение диффузии в твёрдых телах стало одним из наиболее интересных исследований в физике наших дней. Как и во многих других областях человеческой деятельности, в данном случае умение предшествовало знанию.

Столетиями рабочие сваривали металлы и получали сталь нагреванием твёрдого железа в атмосфере углерода, не имея ни малейшего представления о происходящих при этом диффузионных процессах. Лишь в 1896 году началось научное изучение проблемы.

Английский металлург Вильям Роберте – Аустин в простом эксперименте измерил диффузию золота в свинце. Он наплавил тонкий диск золота на конец цилиндра из чистого свинца длиной в 1 дюйм (2,45 см), поместил этот цилиндр в печь, где поддерживалась температура около 200 °С, и держал его в печи 10 дней. Затем он разрезал цилиндр на тонкие диски и измерил количество золота, которое продиффундировало (проникло) в каждый срез свинца. Оказалось, что к «чистому» концу через весь цилиндр прошло вполне измеримое количества золота, в противоположном направлении, в глубь золотого диска, продиффундировал свинец. Роберте – Аустин обнаружил, что нагретый металл диффундирует в другой конец, когда они тесно прижаты друг к другу.

Известен опыт, в котором гладко отшлифованные пластины свинца и золота пролежали друг на друге 5 лет. За это время золото и свинец продиффундировали (проникли) друг в друга на расстояние около 1 мм.

Задание № 3 (слайд 17)

1. Проделайте опыт, описанный в задании 2, но на этот раз смочите бумагу горячей водой
2. В каком случае диффузия происходит быстрее: при выполнении задания 2 или сейчас?

Сделайте вывод, как зависит скорость диффузии от температуры: «Чем выше температура, тем… проходит диффузия».

– Почему при более высокой температуре диффузия происходит быстрее?

Процесс диффузии ускоряется с увеличением температуры. Это происходит потому, что с увеличением температуры увеличивается скорость движения молекул. Таким образом, явление диффузии протекает по-разному при разной температуре: чем выше температура вещества, тем быстрее происходит диффузия.

– Давайте обобщим все то, о чем мы говорили на уроке (слайд 18).

Явление диффузии можно объяснить лишь в том случае, если считать, что:

1. Все вещества состоят из частиц
2. Между частицами имеются промежутки
3. Частицы вещества находятся в постоянном движении

Явление диффузии имеет важные проявления в природе, используется в науке и на производстве (слайд 19).

Воздух, как известно, представляет собой смесь газов. Однако вследствие диффузии на одной высоте от Земли состав атмосферы оказывается достаточно однородным.

Диффузия играет важную роль в питании растений, переносе питательных веществ, кислорода в организме человека и животных.

Она широко используется в пищевой промышленности при консервировании овощей и фруктов, при засолке огурцов.

(Слайд 20.)

Диффузия нашла применение в электронной промышленности. С ее помощью изготавливают многие полупроводниковые приборы.

Диффузия используется и при выплавке стали. Для придания стальным деталям значительной прочности их помещают в специальные печи, где, находясь в разогретом состоянии, они насыщаются углеродом. Атомы углерода проникают в поверхностный слой металла и повышают его прочность.

(Слайд 21.)

Порою диффузия бывает вредным и даже опасным явлением. Горючий природный газ, например, которым мы пользуемся дома для приготовления пищи, не имеет ни цвета, ни запаха, поэтому трудно сразу заметить его утечку. А при утечке за счёт диффузии газ распространяется по всему помещению. Между тем при определённом соотношении газа с воздухом в закрытом помещении образуется смесь, которая может взорваться, например, от зажжённой спички. Газ может вызвать и отравление людей.

Чтобы сделать поступление газа в помещение заметным, на распределительных станциях горючий газ предварительно смешивают с особыми веществами, обладающими резким неприятным запахом, который легко ощущается человеком даже при весьма малой его концентрации. Такая мера предосторожности позволяет быстро заметить накопление газа в помещении, если образовалась его утечка.

Работа в группах (слайд 22)

• Ряд: Сформулируйте гипотезу о том, почему чай заваривают горячей, а не холодной водой. Дать объяснение вашему предположению
• Ряд: Возьмите медный купорос, высыпьте в воду. Какое явление вы наблюдаете? Что является причиной, а что следствием данного явления?
• Ряд: На дно стакана опустите кристаллик марганца. Наблюдать не взбалтывая. Какое явление наблюдается? Как его ускорить? Сформулируйте условия, при которых вы наблюдаете явление диффузии. Будет ли наблюдаемое явление диффузией, если жидкость взболтать?

Обсуждение результатов, полученных в группах.

4. Закрепление

Подумай и ответь (слайд 23)

• Представьте, что у вас есть волшебный телевизор. Что вы увидите в нем, рассматривая строение веществ?
• В чем состоит явление диффузии? Знаете ли вы какой-либо пример диффузии кроме тех, которые были приведены на уроке? Если нет, то разузнайте.
• Что общего между рисунком с игроками на футбольном поле и явлением диффузии?

Тест на усвоение понятия «диффузия» (слайд 24)

Условия прохождения диффузии:

а)  имеются различные вещества;

б) между ними существует тесный контакт;

в) происходит самопроизвольное смешивание.

Закон прохождения диффузии— чем выше температура, тем быстрее происходит диффузия.
Рассмотрите следующие опыты и выберите ответ. Опыты:

1. Огурцы были одновременно залиты: одна банка — холодным рассолом, вторая банка — горячим. Во второй банке огурцы просолились быстрее. Почему?
2. В сосуд с водой осторожно, при помощи пипетки, наливают слой раствора медного купороса.
3. На стекло насыпают кучу мелких песчинок.
4. В сосуд с водой опускают кусочек льда.
5. В чай положили кусочек сахару и размешали ложкой.

Ответы:

А. Наблюдается диффузия, так как выполняются все условия.

Б. Диффузии нет, так как отсутствует условие а).

В. Диффузии нет, так как отсутствует условие б).

Г. Диффузии нет, так как отсутствует условие в).

Д. Опыт отражает закон диффузии.

ОТВЕТЫ: 1Д; 2А; 3В; 4Б; 5Г

(Слайд 25.)

Домашняя работа §9, домашний эксперимент.

(Слайд 25, гиперссылка.)

Выполнение учебного исследования по общему плану экспериментальной деятельности (эксперимент).

Лабораторная работа «Определение времени прохождения диффузии»

Цель:определить при каких температурах, высоких или низких, диффузия происходит быстрее.

Приборы:термометр, часы.

Тела и материалы: 2 стакана; марганцовокислый калий или медный купорос; вода.

Гипотеза: предполагаем, что при высоких температурах диффузия будет происходить быстрее.

Условия успешного проведения опыта:

1. Тщательность измерений. Минимизирование погрешностей измерений.
2. Одинаковые начальные условия (по температуре и количеству воды).
3. Не производить взбалтывания воды в стаканах.

Порядок выполнения:

1. Возьмите 2 стакана с водой (200 мл) комнатной температуры.
2. Определите цену деления термометра и измерьте начальную температуру воды в стаканах.
3. Опустите в них по одинаковому количеству марганцовокислого калия.
4. Один стакан поставьте в морозильную камеру холодильника, второй — на батарею.
5. Отметьте время начала эксперимента.
6. Определите путем неоднократных измерений, через какое время марганец полностью раствориться в воде в обоих стаканах.
7. Измеряйте температуру воды через определенные промежутки времени и конечное значение температуры в обоих стаканах.

Фиксирование информации:

1. Постройте график зависимости времени прохождения диффузии от температуры.
2. Покажите на рисунках, как происходит смешивание молекул в обоих случаях. Красным цветом изобразите молекулы марганца, синим — молекулы воды.

Анализ результатов: Где вода окрашивается быстрее, в холодильнике или на батарее? Сравните время: сутки, часы, минуты, секунды.

При какой температуре диффузия происходит быстрее? Что происходит с молекулами вещества при нагревании, как изменяется их скорость и проникающая способность?

Опишите и сделайте вывод.

Физики измерили скорость перемешивания частиц и приблизились к разработке теории жидкостей

24.03.2023 15:30

1119

Добавить в закладки

© РИА Новости / Алексей Никольский

 

Российские ученые провели теоретические исследования диффузии (перемешивания) в жидкости, находящейся в равновесии со своим насыщенным паром, на примере разных смоделированных веществ. Науке давно известно, что если нагревать систему, то скорость перемешивания частиц в ней возрастает. Но то, как именно это происходит, зависит от конкретного вещества и внешних условий (например, давления). В результате исследования ученые обнаружили универсальную для широкого класса веществ закономерность. Это приблизило их к разработке общей теории жидкостей. Результаты работы, поддержанной двумя грантами Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Scientific Reports.

Проникновение частиц одного вещества между частицами другого называется диффузией. Благодаря этому явлению мы, например, можем из комнаты почувствовать приятный запах кофе, который варят на кухне, потому что молекулы напитка быстро распространяются, смешиваясь с молекулами воздуха. Частный случай этого процесса — самодиффузия — происходит, когда смешиваются частицы одного вещества. В настоящий момент ученые хорошо понимают, как происходят различные процессы в твердых телах (кристаллах) и газах, а вот понимание процессов в жидкостях, в том числе и диффузии, остается довольно ограниченным и фрагментарным. Однако в последние годы исследователям удается добиться больших успехов в области исследования жидкостей с помощью методов моделирования молекулярной динамики.

Российские физики из Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана (Москва) провели теоретические исследования поведения частиц жидкости, находящейся в равновесии со своим насыщенным паром. Это означает, что количество частиц, испаряющихся с поверхности жидкости и попадающих в нее из газа, примерно совпадает. Свои расчеты ученые провели на основе обобщенного потенциала Леннарда-Джонса, математической модели, которая достаточно точно описывает благородные газы (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон), а также любые жидкости в состоянии, близком к критической точке, где плотность жидкости и ее насыщенного пара равны. Кроме того, чтобы сделать свои результаты и выводы более общими, физики рассмотрели также модель этана.

В своей работе основной акцент ученые делали на измерении коэффициента диффузии. Этот показатель — мера скорости перемещения частиц и их проникновения в пространство друг друга. Скорость диффузии зависит от температуры: чем она выше, тем больше скорость движения частиц изучаемой жидкости. Исследователи выяснили, что коэффициент диффузии в жидкости, которая находится в равновесии со своим паром, в достаточно большом диапазоне температур линейно зависит от температуры. Однако существует некоторая температура, после которой линейный участок сменяется на нелинейный: скорость роста диффузии с температурой существенно возрастает. Ученым удалось обнаружить простую универсальную закономерность (формулу), которая позволила точно описать данное поведение для всех рассмотренных жидкостей.

Также ученые более подробно изучили связь коэффициента диффузии со спектрами возбуждения. Движение частиц в жидкости (или в любой другой системе) можно представить как большое число звуковых волн, наложенных друг на друга. Для каждой жидкости существует свой уникальный набор этих «волн», который и называют спектром возбуждения. Это что-то вроде отпечатка пальца для человека. Однако исследователи обнаружили, что этот «отпечаток» изменяется, когда равномерный рост скорости диффузии при повышении температуры начинает ускоряться. Несмотря на то что сама жидкость остается прежней, ее спектры начинают больше напоминать спектры газовой системы, где диффузия сильна, чем спектры кристалла, где диффузионные процессы слабее.

«На сегодняшний момент хорошо развиты теории газов и твердых тел (кристаллов), а вот единой теории жидкости нет. Наши исследования — это еще один шаг в сторону разработки такой теории, которая позволит нам лучше понимать физические свойства жидкостей, а следовательно, даст возможность прогнозировать их и управлять ими. Одним из подходов к теории может быть исследование связей спектров возбуждения жидкостей с ее различными свойствами. Мы считаем, что представленные результаты откроют новые перспективы для дальнейших исследований в данном направлении для широкого спектра жидкостей — от простых атомарных и молекулярных до «жидкостей», образованных активными или живыми (клеточными или бактериальными) частицами», — рассказывает руководитель одного из проектов, поддержанных РНФ, Никита Крючков, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник НОЦ «Фотоника и ИК-техника», доцент кафедры «Физика» и кафедры «Биомедицинские технические системы» МГТУ имени Н. Э. Баумана.

При всей очевидно большой фундаментальной значимости работы российских физиков эти исследования могут быть полезны и на практике. Жидкости и газы окружают нас повсюду. Они играют важную роль в живой природе и различных технических системах. Сегодня очень важно уметь моделировать такие системы, так как это позволяет прогнозировать природные явления, например погоду, или оптимизировать работу различных технических систем с целью повышения их эффективности — например, эффективность синтеза полезных веществ в различных био- или химреакторах. Такие расчеты могут требовать очень больших вычислительных мощностей, но они могут быть значительно уменьшены, если моделирование каких-то из процессов можно заменить простыми, но достаточно точными моделями, одна из которых как раз и получена российскими учеными.

 

Информация предоставлена пресс-службой Российского научного фонда

Источник фото: ria.ru

Разместила Наталья Сафронова

диффузия жидкость МГТУ имени Н. Э. Баумана

Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.

НАУКА ДЕТЯМ

Новые «наночернила с фазовым переходом» могут контролировать температуру в помещении

16:45 / Климат

В России создан уникальный детектор миллиметрового диапазона

15:30 / Физика

О «замыслах» рака расскажут белки

14:30 / Биология, Медицина

Программа «Флагман» позволит защитить критически важные нефтегазовые предприятия

14:30 / Информационные технологии, Наука и общество

Сенсор на горючие газы встроят в смартфон: химики улучшили ключевую часть прибора

13:30 / Химия

Для внедрения новых методов нефтедобычи нужно в сто раз увеличить мощности вычислительных машин

13:00 / Информационные технологии, Наука и общество, Науки о земле

Сток древних рек Западной Сибири превышал современные показатели в несколько раз

12:30 / География

Екатерина Дашкова — президент двух академий, просветитель и коллекционер

10:30 / История, Наука и общество, Персона, 300 лет Академии наук

Заседание президиума РАН 28. 03.2023 – Прямая трансляция!

10:00 / Наука и общество, Науки о земле, Трансляции

Физики обнаружили механизм упрочнения сложных полимеров

17:30 / Физика

«Сергей Петрович Капица был голосом науки для миллионов людей». Академик К.В. Анохин о программе «Очевидное — невероятное»

24.02.2023

«Его передача до сих пор остается непревзойденным стандартом». Академик Валерий Тишков к юбилею «Очевидного — невероятного»

24.02.2023

«Подобно комете на усыпанном звездами небе». Академик А.Л. Асеев о программе «Очевидное — невероятное»

24.02.2023

Татьяна Черниговская: «Нам всем повезло, что мы знали Сергея Петровича Капицу как просветителя»

24.02.2023

Ректор РосНОУ Владимир Зернов: «Очевидное — невероятное» — это квинтэссенция человеческого интеллекта

24.02.2023

Леопольд Лобковский: «Сергей Капица — человек самого высокого уровня, с которым было просто общаться»

24.02.2023

Смотреть все

Транспорт в клетках — факторы, влияющие на скорость диффузии (биология GCSE)

Транспорт в клетках — факторы, влияющие на скорость диффузии (биология GCSE) — Study Mind

Получите 9 баллов с отмеченными наградами преподавателями Онлайн-обучение по биологии IGCSE

Закажите бесплатную консультацию прямо сейчас

Узнать больше

5 минут чтения

Факторы, влияющие на скорость диффузии:

• Разница в концентрации влияет на скорость диффузии. Чем больше градиент концентрации, тем быстрее происходит диффузия. Например, если в альвеолах очень высокая концентрация кислорода, а в крови очень низкая, диффузия будет происходить очень быстро. Однако, если концентрация обоих почти одинакова, скорость диффузии будет очень низкой.
• Температура влияет на скорость диффузии. По мере повышения температуры частицы приобретают больше кинетической энергии и поэтому могут быстрее диффундировать через мембрану. Поэтому с повышением температуры скорость диффузии увеличивается.
• Площадь поверхности мембраны влияет на скорость диффузии. По мере увеличения площади поверхности мембраны скорость диффузии также увеличивается, поскольку молекулам остается больше места для диффузии через мембрану.
• Расстояние. Чем короче расстояние, которое должны пройти вещества, тем выше скорость диффузии.

Закон Фика

Закон Фика в основном описывает взаимосвязь между различными факторами, влияющими на скорость диффузии:

Факторы, влияющие на
скорость диффузии

Знак «∝» означает «пропорционально», поэтому, если факторы в числителе увеличиваются,
скорость диффузии будет увеличиваться пропорционально. Если множитель в знаменателе уменьшится, то скорость Диффузии увеличится пропорционально

Например, если скорость диффузии удваивается, то площадь поверхности или концентрация также удваиваются ИЛИ толщина мембраны уменьшается вдвое.

→Что такое диффузия в клетках?

Диффузия – это перемещение частиц из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. В клетках диффузия является важным процессом переноса молекул и ионов через клеточную мембрану.

→Какие факторы влияют на скорость диффузии в клетках?

На скорость диффузии в клетках влияют такие факторы, как температура, градиент концентрации, размер молекулы и наличие мембраны.

→Как температура влияет на скорость диффузии в клетках?

Повышение температуры увеличивает энергию частиц, заставляя их двигаться быстрее и увеличивая скорость диффузии. С другой стороны, понижение температуры снижает энергию частиц и замедляет скорость диффузии.

→Как градиент концентрации влияет на скорость диффузии в клетках?

Градиент концентрации – это разница концентрации вещества между двумя областями. Чем больше градиент концентрации, тем выше скорость диффузии.

→Как размер молекулы влияет на скорость диффузии в клетках?

Более крупные молекулы движутся медленнее, чем более мелкие из-за их большего размера и веса. В результате более крупные молекулы диффундируют медленнее, чем более мелкие.

→Как наличие мембраны влияет на скорость диффузии в клетках?

Клеточная мембрана действует как барьер для диффузии, контролируя движение молекул и ионов в клетку и из нее. Наличие мембраны может влиять на скорость диффузии в зависимости от проницаемости мембраны для конкретной молекулы.

→Могут ли изменения скорости диффузии в клетках влиять на функцию клетки?

Да, изменения скорости диффузии могут оказывать существенное влияние на функцию клетки. Транспорт молекул и ионов важен для поддержания баланса веществ внутри клетки, и изменение скорости диффузии может нарушить эти процессы и привести к изменению функции клетки.

Бесплатные учебные пособия по биологии GCSE

Выберите тему из выпадающего меню. Учебники будут отправлены на ваш адрес электронной почты.

Ваш адрес электронной почты

Выберите вариант GCSE Chemistry NotesУчебники GCSE по физикеУчебники GCSE по биологии

Давайте знакомиться?

Как тебя зовут?

Далее

Приятно познакомиться, {{name}}!

Какой предпочитаемый номер телефона?

Какой номер телефона вам больше нравится?

Далее

Просто проверить, что вас интересует?

1-1 Репетиторство Онлайн-курс Стипендии/Ресурсы Другое

Когда мы должны вам позвонить?

Было бы здорово провести 15-минутный чат, чтобы обсудить индивидуальный план и ответить на любые вопросы

Другой день

Пропустить звонок

Какое время вам больше всего подходит? (Время Великобритании)

Выберите наиболее удобный для вас временной интервал?

8:00-14:00 14:00–22:00

10:00-10:30 10:30-11:00 11:00-11:30 11:30-12:00 12:00-12:30 12:30-13:00

15:00-15:30 15:30-16:00 16:00-16:30 16:30-17:00 17:00-17:30 17:30-18:00 18:00-18:30 18:30-19:00 19:00-19:30 19:30-20:00

Сколько часов индивидуальных занятий вы ищете?

0-5 10 20-30 40+

Мой номер WhatsApp.

..

Такой же, как тот, который я ввел Отличается от того, который я ввел Следующие

Пожалуйста, подтвердите нашу политику безопасности…

мне нет 18 Я старше 18

Представлять на рассмотрение

Какой онлайн-курс вас интересует?

Далее

Каков ваш вопрос?

Отправить

Вы можете подать заявку на получение стипендии, нажав на эту ссылку

https://www.medicmind.co.uk/medic-mind-foundation/

Конечно, какой у вас вопрос?

Отправить

Идет загрузка…

Спасибо за ответ.

Мы постараемся ответить вам в течение 12-24 часов.

Запишитесь на 2-часовой урок 1-1 с репетиторством сейчас

Если вы готовы и хотите начать, нажмите кнопку ниже, чтобы забронировать свой первый 2-часовой урок с репетиторством 1-1 у нас. Свяжитесь с репетитором из выбранного вами университета за считанные минуты. (Используйте FAST5, чтобы получить скидку 5%!)

Купить сейчас за 70 фунтов стерлингов

5.6: Пассивный транспорт — распространение

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

13086

• Boundless (теперь LumenLearning)
• Boundless

Цели обучения

• Описать диффузию и факторы, влияющие на перемещение материалов через клеточную мембрану.

Диффузия

Диффузия — это пассивный процесс переноса. Отдельное вещество имеет тенденцию перемещаться из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией до тех пор, пока концентрация не станет одинаковой в пространстве. Вы знакомы с диффузией веществ через воздух. Например, представьте, что кто-то открывает бутылку аммиака в комнате, заполненной людьми. Газообразный аммиак находится в самой высокой концентрации в бутылке; его самая низкая концентрация — по краям комнаты. Пары аммиака будут диффундировать или распространяться от бутылки; постепенно все больше и больше людей будут ощущать запах аммиака по мере его распространения. Материалы перемещаются в цитозоле клетки путем диффузии, а некоторые материалы перемещаются через плазматическую мембрану путем диффузии. Диффузия не затрачивает энергию. Напротив, градиенты концентрации представляют собой форму потенциальной энергии, которая рассеивается по мере устранения градиента.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Диффузия: Диффузия через проницаемую мембрану перемещает вещество из области высокой концентрации (в данном случае внеклеточной жидкости) по градиенту концентрации (в цитоплазму).

Каждое отдельное вещество в среде, такой как внеклеточная жидкость, имеет свой собственный градиент концентрации, не зависящий от градиентов концентрации других материалов. Кроме того, каждое вещество будет диффундировать в соответствии с этим градиентом. Внутри системы будут разные скорости диффузии различных веществ в среде.

Факторы, влияющие на диффузию

Молекулы постоянно движутся случайным образом со скоростью, которая зависит от их массы, окружающей среды и количества тепловой энергии, которой они обладают, что, в свою очередь, является функцией температуры. Это движение объясняет диффузию молекул через любую среду, в которой они локализованы. Вещество будет стремиться перемещаться в любое доступное ему пространство до тех пор, пока не будет равномерно распределено по нему. После того, как вещество полностью диффундирует через пространство, устраняя градиент его концентрации, молекулы все еще будут перемещаться в пространстве, но не будет чистого перемещения количества молекул из одной области в другую. Это отсутствие градиента концентрации, при котором нет чистого движения вещества, известно как динамическое равновесие. В то время как диффузия будет идти вперед при наличии градиента концентрации вещества, на скорость диффузии влияют несколько факторов:

• Степень градиента концентрации: Чем больше разница в концентрации, тем быстрее диффузия. Чем ближе распределение материала к равновесию, тем медленнее становится скорость диффузии.
• Масса диффундирующих молекул: более тяжелые молекулы движутся медленнее; поэтому они диффундируют медленнее. Обратное верно для более легких молекул.
• Температура: более высокие температуры увеличивают энергию и, следовательно, движение молекул, увеличивая скорость диффузии. Более низкие температуры уменьшают энергию молекул, тем самым уменьшая скорость диффузии.
• Плотность растворителя: по мере увеличения плотности растворителя скорость диффузии уменьшается. Молекулы замедляются, потому что им труднее пройти через более плотную среду. Если среда менее плотная, диффузия увеличивается. Поскольку клетки в основном используют диффузию для перемещения материалов внутри цитоплазмы, любое увеличение плотности цитоплазмы будет препятствовать перемещению материалов. Примером этого является человек, испытывающий обезвоживание. По мере того как клетки организма теряют воду, скорость диффузии в цитоплазме снижается, и функции клеток ухудшаются. Нейроны очень чувствительны к этому эффекту. Обезвоживание часто приводит к потере сознания и, возможно, к коме из-за снижения скорости диффузии внутри клеток.
• Растворимость: Как обсуждалось ранее, неполярные или жирорастворимые материалы легче проходят через плазматические мембраны, чем полярные материалы, что обеспечивает более высокую скорость диффузии.
• Площадь поверхности и толщина плазматической мембраны: увеличенная площадь поверхности увеличивает скорость диффузии, тогда как более толстая мембрана уменьшает ее.
• Пройденное расстояние: Чем большее расстояние должно пройти вещество, тем медленнее скорость диффузии. Это накладывает верхнее ограничение на размер ячейки. Большая сферическая клетка погибнет, потому что питательные вещества или отходы не смогут достичь или покинуть центр клетки. Поэтому клетки должны быть либо небольшого размера, как у многих прокариот, либо быть уплощенными, как у многих одноклеточных эукариот.

Разновидностью диффузии является процесс фильтрации. При фильтрации материал перемещается через мембрану в соответствии с градиентом его концентрации; иногда скорость диффузии увеличивается под давлением, в результате чего вещества фильтруются быстрее. Это происходит в почках, где кровяное давление вытесняет большое количество воды и сопутствующих растворенных веществ или растворенных веществ из крови в почечные канальцы. Скорость диффузии в этом случае почти полностью зависит от давления. Одним из последствий повышенного артериального давления является появление в моче белка, который «выдавливается» аномально высоким давлением.

Ключевые моменты

• Вещества диффундируют в соответствии с градиентом их концентрации; внутри системы разные вещества в среде будут диффундировать с разной скоростью в соответствии с их индивидуальными градиентами.
• После того, как вещество полностью диффундирует через пространство, устраняя градиент его концентрации, молекулы все еще будут перемещаться в пространстве, но не будет чистого перемещения количества молекул из одной области в другую, состояние, известное как динамическое равновесие.