Дифузія грає величезну роль в природі, в побуті людини та в техніці. Дифузійні процеси можуть здійснювати як позитивний, так і негативний вплив на життєдіяльність людини і тварин. Однак, не у всіх людей є достатнє уявлення про протікання цього явища.
Актуальність роботи полягає в тому, що вивчення впливу дифузії на життєдіяльність рослин, тварин і людини розширить спектр наших знань про живу природу, продемонструє тісний зв'язок фізики, біології, екології, медицини.
Об'ектісследованія - явище дифузії.
Предмет дослідження - вплив явища дифузії на процеси, що протікають в природі, і пов'язані з життєдіяльністю людини.
Мета: розглянути роль дифузії в природі і життєдіяльності людини, довести загальну значимість цього явища.
1. Вивчити матеріал про роль дифузії в природі і життєдіяльності людини.
2. Провести деякі досліди, що характеризують закономірності протікання дифузії.
3. Проаналізувати отриману інформацію про явище дифузії, а також визначити ступінь значущості цього явища для рослин, тварин, людини.
1.Изучение літературних та інших інформаційних джерел.
2.Аналіз і обробка матеріалу про значимість явища дифузії.
§1 Явище «дифузія», його сутність
Дифузія (від лат. Diffusio - поширення, розтікання, розсіювання) - це явище, при якому відбувається взаємне проникнення молекул однієї речовини між молекулами іншого.
Явище дифузії ми спостерігаємо кожен день: наливаємо чи заварку чаю в окріп, готуємо чи фарбувальний розчин. І навіть коли згорає щось на плиті, а запах відчувається по всьому будинку, ми знову стикаємося з явищем дифузії.
Виникає питання, чому ж запах в кімнаті поширюється не миттєво, а через деякий час. Справа в тому, що руху пахучого речовини в певному напрямку заважає рух молекул повітря. Молекули (духів або нафталіну) на своєму шляху стикаються з молекулами газів, які входять до складу повітря. Вони постійно змінюють напрямок руху і, безладно переміщуючись, розлітаються по кімнаті.
Так як частинки рухаються і в газах, і в рідинах, і в твердих тілах, то у всіх цих речовинах можлива дифузія. Однак швидкість протікання даного явища для них різна. Для підтвердження даного факту було проведено експеримент. Одночасно зробили три дії: розрізали апельсин, опустили в склянку пакетик чаю і на зріз сирої картоплини насипали кілька кристаликів марганцівки. В результаті спостережень було встановлено, що запах апельсина поширився по кімнаті за кілька секунд, не набагато більше треба було часу для того, щоб чай пофарбував воду, а молекули перманганату калію тільки на кілька міліметрів дифундувати в картопля за пару годин. Отримані результати свідчать про те, що дифузія відбувається швидше в газах, трохи повільніше в рідинах і дуже повільно в твердих тілах. Справа в тому, що в газах і рідинах основний вид теплового руху частинок призводить до їх перемішування, а в твердих тілах, в кристалах, де атоми здійснюють малі коливання біля положення вузла решітки, немає.
Процес дифузії прискорюється з підвищенням температури. Звернемося до досвіду. У дві склянки налили воду, але в один холодну, а в іншій - гарячу. Опустили одночасно в стакани пакетики з чаєм. Неважко помітити, що в гарячій воді чай швидше забарвлює воду, дифузія протікає швидше. Це відбувається тому, що з підвищенням температури збільшується швидкість руху молекул. Тому перш ніж зробити укол пацієнтові, холодний розчин з ін'єкцією лікар трохи нагріває до температури, близької до температури людини.
§2 Осмос і діаліз - форми прояву дифузії
У світі живих організмів дифузія проявляється в двох формах - діалізі і осмосі. Діалізом називається дифузія молекул розчиненої речовини, а осмосом - дифузія розчинника через напівпроникну мембрану.
Основну роль для дифузійних процесів в живих організмах грають мембрани, що знаходяться на поверхні клітин, клітинних ядер і вакуолей і володіють виборчої проникністю. Проходження речовини через мембрану залежить від розмірів і деяких інших фізичних властивостей молекул розчинника, а також від властивостей самої мембрани.
Якщо мішечок з пергаменту заповнити розчином цукру або солі і помістити в посудину з водою, то молекули розчиненої речовини будуть дифундувати через стінки мішечка, поки їх концентрація в мішечку і в посудині з водою не стане однаковою. У цьому випадку ми можемо говорити, що пори мембрани досить великі для проходження через них молекул розчиненої речовини. Цей метод - діаліз - часто застосовують для отримання чистих препаратів білків та інших сполук.
Діаліз також використовується в апараті «штучна нирка». Апарат являє собою гемодіалізатор, в якому кров стикається через напівпроникну мембрану з сольовим розчином. З крові в сольовий розчин крізь мембрану проходять іони і молекули продуктів обміну (сечовина, сечова кислота), а також різні токсичні речовини, що підлягають видаленню з організму. Апарат являє собою систему з плоских каналів, розділених тонкими целофановими мембранами, за якими зустрічними потоками повільно рухаються кров і сольовий розчин, збагачений газовою сумішшю CO2 + О2 .Аппарат підключається до кровоносної системи хворого за допомогою катетерів. Діаліз триває 4-6 ч. Цим досягається очищення крові від азотистих шлаків при недостатній функції нирок, тобто здійснюється регулювання хімічного складу крові.
Якщо взяти мішечок з більш дрібними порами, що пропускають тільки молекули розчинника, (наприклад, води), але не пропускають молекул цукру, то молекули води будуть дифундувати в мішечок, збільшуючи обсяг розчину в ньому. В цьому випадку ми говоримо про осмосі. Вперше осмос спостерігав А. Нолле в 1748. однак дослідження цього явища було розпочато через сторіччя. Явище осмосу спостерігається в тих середовищах, де рухливість розчинника більше рухливості розчинених речовин. Осмос зберігає всередині клітини білки, настільки важливі для біологічних процесів живих організмів.
§3 Роль дифузії в природі
Явище дифузії відіграє велику роль в природі. Так, наприклад, завдяки дифузії підтримується однорідний склад атмосферного повітря поблизу поверхні Землі. Нижній шар атмосфери - тропосфера - складається з суміші газів: азоту, кисню, вуглекислого газу і водяної пари. При відсутності дифузії сталося б розшарування під дією сили тяжіння: внизу виявився б шар важкого вуглекислого газу, над ним - кисень, вище - азот і інертні гази.
К.А. Тімірязєв говорив: «Чи будемо ми говорити про харчування кореня за рахунок речовин, що знаходяться в грунті, будемо говорити про повітряне живлення листя за рахунок атмосфери або харчуванні одного органу за рахунок іншого, сусіднього, - всюди для пояснення ми будемо вдаватися до тих же причин : дифузія ».
Дійсно, в рослинному світі також велика роль дифузії. Наприклад, великий розвиток листової крони дерев пояснюється тим, що дифузний 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. Завдяки дифузії рослина отримує мінеральні речовини і воду з грунту.
Без цього явища не було б і тваринного світу. Дифузія впливає не тільки на фізіологічні процеси, що відбуваються в організмі тварин: таких як, наприклад, регуляція сольового балансу. Завдяки дифузії вони знаходять собі їжу. Акули, наприклад, відчувають запах крові на відстані декількох кілометрів. Метелики, пурхаючи між рослин, завжди знаходять дорогу до красивого квітки. Бджоли, виявивши солодкий об'єкт, штурмують його своїм роєм.
Велику роль відіграють дифузійні процеси в постачанні природних водойм та акваріумів киснем. Кисень потрапляє в більш глибокі шари води в стоячих водах за рахунок дифузії через їх вільну поверхню. Щоб вивчити, як різні речовини на поверхні води впливають на швидкість випаровування води і зробити висновок про швидкість протікання дифузії, був проведений наступний досвід.
У тарілки була налита вода однакової маси і однакової температури (37 градуси), потім в одну тарілку був налитий бензин (5 мл), у другу - гас (5мл), в третю - рослинне масло (5 мл), в четвертій вода залишалася чистою . Рослинна олія в нашому досвіді імітувало нафту. Засікати час, через кожні 15 хвилин знімалися показання термометрів, поміщених в усі рідини. Результати вимірювань зафіксовані в таблиці.
Температура чистої води, 0 С
Температура води з бензином, 0 С
При випаровуванні з води вилітають окремі молекули. Так як вода, покрита плівкою бензину, гасу і рослинного масла, остигає повільніше, то можна судити про те, що і молекулам кисню важче проникнути в воду: риби та інші водні мешканці відчувають нестачу кисню і можуть навіть загинути.
Таким чином, наявність різних речовин на поверхні води порушує процеси дифузії і може привести до небажаних екологічних наслідків.
Тому небажані будь-які обмеження вільної поверхні води. Так, наприклад, листя або ряска, що покривають поверхню води, можуть зовсім припинити доступ кисню до води і привести до загибелі її мешканців. З цієї ж причини судини з вузьким горлом непридатні для використання в якості акваріума.
§4 Вплив дифузії на життєдіяльність людини
На явищі дифузії засновані багато фізіологічні процеси, що відбуваються в організмі людини: такі як дихання, всмоктування поживних речовин в кишечнику і ін. Ми можемо захистити себе від багатьох хвороб шляхом прийому ліків, які засвоюються організмом теж завдяки дифузії.
Дифузія знаходить широке застосування в різних сферах діяльності людини. На цьому явищі заснована дифузійна зварювання металів. Деталі поміщають в закриту зварювальну камеру з сильним розрядженням, здавлюють і нагрівають до 800 градусів. При цьому відбувається інтенсивна взаємна дифузія атомів матеріалів. Дифузійне зварювання застосовується в основному в електронній і напівпровідникової промисловості, точному машинобудуванні.
Явище дифузії використовується також для отримання цукрового соку з бурякової стружки, що нагрівається разом з водою.
Людина навчилася використовувати властивості дифузії і для забезпечення власної безпеки. Природний горючий газ, яким ми користуємося вдома, не має ні кольору ні запаху. При витоку помітити його неможливо, тому на розподільних станціях газ змішують з особливою речовиною, що володіє різким, неприємним запахом, який легко відчувається людиною.
§5 Шкідливий прояв дифузії
Внаслідок явища дифузії повітря забруднюється відходами різних фабрик, вихлопними газами, через нього шкідливі відходи життєдіяльності людини проникають в грунт, воду, а потім роблять шкідливий вплив на життя і функціонування тварин і рослин.
Виходячи з вище викладеного, можна зробити висновок про те, що явище дифузії є одним з головних загальних умов життєдіяльності рослин, тварин і людини. Без цього явища життя на Землі було б неможливе.
Людині немає необхідності щось спеціально робити для поліпшення протікання явища дифузії в живій природі. Просто треба виключити забруднення навколишнього середовища своєю діяльністю, так як з вини людини це явище відіграє помітну роль в забрудненні річок, морів і океанів, ґрунту і атмосфери Землі.
У полум'ї Сонця, в житті і смерті далеких зірок, в повітрі, яким ми дихаємо, усюди ми бачимо прояв всемогутньою і універсальної дифузії.
Дифузія грає величезну роль в природі, в побуті людини та в техніці. Дифузійні процеси можуть здійснювати як позитивний, так і негативний вплив на життєдіяльність людини і тварин
110.14kb. 1 стор.
1. Інформація та інформаційні процеси в природі, суспільстві, техніці. Інформаційна діяльність людини
77.77kb. 1 стор.
Окультна анатомія людини, Менлі Холл, закінчення
529.56kb. 2 стор.