Методическая разработка "Диффузия вокруг нас."

Диффузия вокруг нас

Содержание:

I.  Введение:___________________________________________________  3

1.Что такое диффузия.__________________________________________    3

2. Как открыли диффузию._______________________________________  4

II. Основная часть:____________________________________________      5

1 .Описание процесса диффузии._________________________________    5

2. Объяснение явления диффузии._________________________________  5

3. Роль диффузии в природе._____________________________________   6

4. Что такое осмос и какую роль она играет._________________________9

5. Применения диффузии в медицине. Аппарат “искусственная почка”._11

6. Влияние диффузии на жизнедеятельность человека.______________12

III. Заключение.______________________________________________   13

IV.  Список литературы, используемой в презентации.___________       13

V. Рецензия._________________________________________________  14

Приложение. ________________________________________________  15

I  Введение.

1.Что такое диффузия.

        Всем хорошо известно, что если в комнату внести какое-либо пахучие вещество, например духи или нафталин, то запах вскоре будет чувствоваться во всей комнате. Распространение запахов происходит из-за того, что молекулы духов (или нафталина) движутся.

       Итак, как вы догадались, в моей работе речь пойдёт о диффузии.

      Диффузия (от латинского diffusio - распространение, растекание, рассеивание) - это явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого. Она существует во всех трёх агрегатных состояниях.

       Актуальность исследования - состоит в том, что изучение влияния диффузии на жизнедеятельность растений, животных и человека расширит спектр наших знаний о живой природе.

        Цель исследования – 1.Рассмотреть роль диффузии  в природе и жизнедеятельности человека. 2.Доказать общую значимость этого явления.

     Задачи исследования  - 1.Изучить материал о роли диффузии в природе и   

                                                  жизнедеятельности человека.

                                              2.Провести некоторые опыты, характеризующие

                                                 закономерности протекания диффузии.

   Объект исследования - явление "Диффузия".

   Предмет  исследования - влияние явления диффузии на процессы, протекающие в природе, и связанные с жизнедеятельностью человека.

   Гипотеза исследования - в том, что диффузия играет важную роль в природе и жизни человека.

 Методы исследования – 1.Изучение книг (учебников) и из других

  источников информации.  2.Анализ и обработка материала.

                                               3.Проведение опытов.

2. Как открыли диффузию.

       При наблюдении в микроскопе цветочной пыльцы, Роберт Броун наблюдал хаотичное движение частиц, возникающее «не от движения жидкости и не от ее испарения». Видимые только под микроскопом взвешенные частицы размером 1 мкм и менее совершали неупорядоченные независимые движения, описывая сложные зигзагообразные траектории.

  

        Броуновское движение не ослабевает со временем и не зависит от химических свойств среды; его интенсивность увеличивается с ростом температуры среды и с уменьшением ее вязкости и размеров частиц. Даже качественно объяснить причины броуновского движения удалось только через 50 лет, когда причину броуновского движения стали связывать с ударами молекул жидкости о поверхность взвешенной в ней частицы.

   

             Первая количественная теория броуновского движения была дана А. Эйнштейном и М. Смолуховским в 1905-06 гг. на основе молекулярно-кинетической теории. Было показано, что случайные блуждания броуновских частиц связаны с их участием в тепловом движении наравне с молекулами той среды, в которой они взвешены.

   

       Выводы теории броуновского движения были подтверждены измерениями Ж. Перрена и Т. Сведберга в 1906 г. На основе этих соотношений были экспериментально определены постоянная Больцмана и постоянная Авогадро.

       Таким образом, диффузия, или броуновское движение это беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды открытое Р. Броуном в 1827 г.

II. Основная часть

1.     Описание явления диффузии.

     Явление самопроизвольного проникновения частиц одного вещества в другое вещество принято называть диффузией. При этом вещества перемешиваются. Почему же газы или жидкости перемешиваются, хотя их никто специально не перемешивает? Это можно объяснить, если вспомнить, что все вещества состоят из частиц, и между частицами есть промежутки. Раз газы или жидкости перемешиваются сами собой, значит, частицы вещества все время движутся, движутся беспорядочно, во всех направлениях. Это движение частиц и есть причина перемешивания двух веществ.

 Диффузия в газах и жидкостях протекает быстро, в отличии от твердых веществ, так как молекулы расположены ближе и их связь больше.

2.     Объяснение явления диффузии.

 Причиной возникновения диффузии является тепловое движение частиц.

      Чтобы более детально понять, как работают механизмы диффузии, рассмотрим это явление на конкретном примере. Если взять марганцовку и размешать в воде, то марганцовка в результате диссоциации растворится и окрасит воду. Из-за растворения марганцовки в воде произойдет хаотическое перемещение ионов обоих веществ, вследствие чего сцепленные ионы воды поменяют свой цвет и освободят место для других, еще не реагировавших ионов. Вода поменяет свой окрас и получит специфические свойства. Между водой и марганцовкой совершится диффузия.

Вот так этот процесс выглядит схематически.

     Причем движимые частицы во время диффузии, всегда распространяются равномерно по всему предоставленному объему. Сам процесс диффузии занимает определенное время.

    Также важно знать, что явление диффузии происходит далеко не со всеми веществами. Например, если воду перемешать не с марганцовкой, а с маслом, то диффузии между ними не будет, так как молекулы масла электрически нейтральны. Образованию какого-то соединения с молекулами воды помешают сильные связи внутри молекулы масла.

3.      Роль диффузии в природе.

    С помощью диффузии происходит распространение различных газообразных веществ в воздухе: например, дым костра распространяется на большие расстояния.

        Результатом этого явления может быть выравнивание температуры в помещении при проветривании. Таким же образом происходит загрязнение воздуха вредными продуктами промышленного производства и выхлопными газами автомобилей. Природный горючий газ, которым мы пользуемся дома, не имеет ни цвета, ни запаха. При утечке заметить его невозможно, поэтому на распределительных станциях газ смешивают с особым веществом, обладающим резким, неприятным запахом, который легко ощущается человеком.

      Благодаря явлению диффузии нижний слой атмосферы – тропосфера – состоит из смеси газов: азота, кислорода, углекислого газа и паров воды. При отсутствии диффузии произошло бы расслоение под действием силы тяжести: внизу оказался бы слой тяжёлого углекислого газа, над ним – кислород, выше – азот инертные газы. В небе мы тоже наблюдаем это явление. Рассеивающиеся облака – тоже пример диффузии и как точно об этом сказано у Ф.Тютчева: «В небе тают облака…»

       В жидкостях диффузия протекает медленнее, чем в газах, но этот процесс можно ускорить, с помощью нагревания. Например, чтобы быстрее засолить огурцы, их заливают горячим рассолом. Мы знаем, что в холодном чае сахар растворится медленнее, чем в горячем.

      Летом, наблюдая за муравьями, я всегда задумывался над тем, как они в огромном для них мире, узнают дорогу домой. Оказывается, и эту загадку открывает явление диффузии. Муравьи помечают свой путь капельками пахучей жидкости.

       Благодаря диффузии, насекомые находят себе пищу. Бабочки, порхая меж растений, всегда находят дорогу к красивому цветку. Пчелы, обнаружив сладкий объект, штурмуют его своим роем. А растение растет, цветет для них тоже благодаря диффузии. Ведь мы говорим, что растение дышит и выдыхает воздух, пьет воду, получает из почвы различные микродобавки.

      Плотоядные животные находят своих жертв тоже благодаря диффузии. Акулы чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров, также как и рыбы пираньи.

      Экология окружающей среды ухудшается за счёт выбросов в атмосферу, в воду химических и прочих вредных веществ, и это всё распространяется и загрязняет огромные территории. А вот деревья выделяют кислород и поглощают углекислый газ с помощью диффузии.

     На  принципе диффузии основано перемешивание пресной воды с соленой при впадении рек в моря. Диффузия растворов различных солей в почве способствует нормальному питанию растений.

     Во всех приведенных примерах мы наблюдаем взаимное проникновение молекул веществ, т.е. диффузию. На этом процессе основаны многие физиологические процессы в организме человека и животных: такие как дыхание, всасывание и др. В общем, диффузия имеет большое значение в природе, но это явление также вредно в отношении загрязнения окружающей среды.

4.     Что такое осмос и какую роль она играет.

     Осмос (от греч. osmos — толчок, давление) — процесс самопроизвольного переноса растворителя  через полупроницаемую перегородку (мембрану), разделяющую два раствора с разной концентрацией.

       Известно, что идеальной для человека является родниковая вода. Именно она - без запаха, прекрасно утоляет жажду и придает сил. Но почему? Почему родниковая вода так ценится? На самом деле – все просто. Родник пробивается сквозь толщи, проходит множество слоёв. А это может быть глина, песок, чернозем, гипс, ракушечник. Благодаря подобной структуре почвы и отсеиваются примеси. Очищается она до кристальной чистоты. Вот поэтому родниковая вода – это синоним идеала. Но почему мы так озабочены поисками этого самого идеала? Почему мы так радуемся, когда находим чистый родник? Почему так жадно пьем из него?  Почему в 21 веке – веке технологий – мы так ценим природную чистоту?

     Техническое развитие сделало воду общедоступной. Но несмотря на прогресс качество водопроводной воды ой, как далеко от идеала.

Что же так влияет на качество воды?

    Во-первых, застой в трубах. Жир, пробки из песка, излишние изгибы – вот несколько причин застоя воды.

    Во-вторых, химия в воде – это тот самый хлор, с помощью которого обеззараживают воду, а также вещества, используемые для умягчения воды.

    Наш организм, получив эту воду, тратит силы на переработку и выведение этих «добавок». Но они настолько сильны, что полностью «химические приправы» не выходят, а навсегда остаются и накапливаются. К тому же нарушая функционал органов. Под ударом наши печень, почки и кишечник.

    Вот что говорит Википедия: «Осмос (от греч, ὄσμος — толчок, давление) — процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону большей концентрации растворенного вещества из объема с меньшей концентрацией растворенного вещества».

    Этот принцип давно известен биологам - осмос играет важную роль в биологических процессах. Мембрана – основа осмоса - проницаема лишь для молекул воды, кислорода.

Как осмос борется с примесями в воде?

    Наша родная вода в кране – это раствор, состоящий из множества молекул – кислорода, водорода и молекул примесей. В примесях - железо, ртуть, медь, нитраты, нефтепродукты, хлор, сероводород и т.д.

      Вода под давлением попадает на мембрану. Создается осмотическое давление - молекулы воды проходят, более крупные молекулы примесей остаются на мембране. Вот поэтому вода, прошедшая через мембрану в осмотических системах, чиста от примесей.

5.     Диффузия в медицине. Аппарат “искусственная почка”.

    Изобретение аппарата «искусственная почка» спасло жизни сотням тысяч людей, у которых была диагностирована острая или хроническая почечная недостаточность. Устройство для гемодиализа выводит из кровяного русла токсичные соединения, соли мочевой кислоты, нормализует водно-солевой обмен, препятствует возникновению артериальной гипертензии. Не изменяя объем крови, «искусственная почка» очищает организм человека от ядовитых веществ при алкогольных интоксикациях и передозировке наркотиками.

      Острая почечная недостаточность, обширная интоксикация, отек легких приводят к снижению функциональной активности почек — они не справляются с фильтрацией крови и выведением продуктов метаболизма из организма. Концентрация токсичных веществ стремительно повышается, провоцируя гибель клеток головного мозга из-за недостаточного снабжения их молекулярным кислородом.

         При помощи «искусственной почки» из крови выводятся :

·       Продукты белкового метаболизма — мочевина и ее соединения.

·       Креатинин, конечный продукт химических реакций в мышечных тканях.

·       Ядовитые соединения ртути, хлора, мышьяка, биологических токсинов высших грибов и растений.

·       Фармакологические и наркотические средства: барбитураты, опиоиды, фенобарбитал, нейролептики, транквилизаторы.

·       Метиловый и (или) этиловый спирт.

·       Излишняя жидкость.

«Искусственная почка» устроена таким образом:

·        Синтетическая или целлюлозная мембрана.

·        Система для очищения крови.

·        Система для приготовления диализата.

      Во многих крупных городах России сегодня построены специализированные диализные центры с функционирующими в них аппаратами. Без них тысяч россиян уже не было бы в живых.

6. Влияние диффузии на жизнедеятельность человека.

    Сущность диффузии – движение частиц среды, приводящее к переносу веществ и выравниванию концентраций или к установлению равновесного распределения частиц данного вида в среде. Диффузия молекул и атомов обусловлена их тепловым движением.

    Диффузия является также фундаментальным процессом, лежащим в основе функционирования живых систем любого уровня организации, начиная с уровня элементарных частиц (электронная диффузия) и заканчивая биосферным уровнем (круговоротом веществ в биосфере).

 Она играет огромную роль в природе, в быту человека и в технике.                Диффузионные процессы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на жизнедеятельность человека и животных. Примером положительного воздействия является поддержание однородного состава атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли. Диффузия играет важную роль в различных областях науки и техники, в процессах, происходящих в живой и неживой природе. Она оказывает влияние на течение химических реакций.

 С участием диффузии или при нарушении и изменении этого процесса могут протекать отрицательные явления в природе и жизни человека, такие как обширное загрязнение окружающей среды, продуктами технического прогресса человека.

III. Заключение.

Что же, подведём итоги.

      Диффузия (от латинского diffusio - распространение, растекание, рассеивание) - это явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого. Она существует во всех трёх агрегатных состояниях.

    Диффузия в газах и жидкостях протекает быстро, в отличие от твердых веществ, так как молекулы расположены ближе и их связь больше.

     Явление диффузия играет большую роль в природе. Так, например, благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли. Диффузия растворов различных солей в почве способствует нормальному питанию растений и т.д.

     На сегодняшний день диффузия самое распространённое и используемое явление, так как диффузия находится вокруг нас.

IV. Список литературы .

1. Учебник «А.В.Перышкин, ФИЗИКА, 7 класс, 2009 г.»

2. https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2015/02/16/issledovatelskaya-rabota-na-temu-znachenie

3.https://studbooks.net/2077458/matematika_himiya_fizika/istoriya_otkrytiya_fizicheskogo_yavleniya_diffuziya

4. https://znanija.com/task/16761064

5. https://www.poznavayka.org/fizika/diffuziya/#a2

6. https://www.metod-kopilka.ru/issledovatelskaya-rabota-po-fizike-tema-diffuziya-v-prirode-77283.html

7. https://zen.yandex.ru/media/filtromir/ob-osmose-prostym-iazykom-5a33e2f0482677230dc8855a

8. https://lechenie.historyam.ru/pochki/primenenie-diffuzii-v-meditsine-apparat-iskusstvennaya-pochka/

9. https://school-science.ru/5/13/34064

V. Рецензия.

ПРИЛОЖЕНИЕ.

Экспериментальная  часть.

В ходе  проведённого эксперимента было проверено, что диффузия может протекать во всех агрегатных  состояниях веществ.
Явление  диффузии на примере  картофеля и йода. Слева : действие жидкого йода, справа :  действие паров йода.
	Скорость  протекания  диффузии зависит от температуры  жидкости. Слева - вода 550,  справа – вода 20 0.
	Диффузия в газообразных веществах протекает  очень  быстро.  Газы занимают весь сосуд  полностью.