Исследовательская работа "Наблюдение и исследование процесса диффузии"

Исследовательская работа

«Наблюдение и изучение явления диффузии»

1. Введение

Цель работы:

1. познакомиться с представлениями о строении вещества
2. исследовать зависимость скорости протекания диффузии от темапературы

Задачи работы:

1. провести  анализ литературы и других источников  по рассматриваемому вопросу;

Технология изучения:

1. подборка материала
2. изучение и вторичная обработка различных источников информации по данному вопросу;

2. Из истории открытия диффузии

Вот посмотри: всякий раз, когда солнечный свет

проникает

В наши жилища и мрак прорезает своими лучами,

Множество тел в пустоте, ты увидишь мелькая,

Мечутся взад и вперёд в лучистом сиянии света.

Будто бы в вечной борьбе они бьются в сраженьях

и битвах,

В схватки бросаются вдруг по отрядам, не зная

покоя…

Лукреций Кар

       Как же так? Неужели в древнем мире видели молекулы?

       Уже в глубокой древности, за 2500 тыс. лет до нашего времени, зародилось представление, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших частиц, недоступных непосредственному наблюдению. Однако лишь за последние 150 лет развилось и было экспериментально обосновано современное учение о молекулах и атомах – молекулярная теория. Одним из основателей молекулярной теории был Демокрит. Суть учения Демокрита сводилась к следующему: не существует ничего, кроме атомов; атомы бесконечны по числу и бесконечно разнообразны по форме; различие между вещами происходит от различия их атомов в числе, величине, форме и порядке; качественного различия между атомами нет. Учение Демокрита существует давно, однако и нынешнее учение основано на предположениях того времени.

      В основе современного положения молекулярно-кинетической теории лежат три утверждения, каждое из которых в настоящее время строго доказано экспериментально: вещество состоит из частиц; эти частицы хаотически движутся; частицы взаимодействуют друг с другом.

      Из учения Демокрита следует, что все тела состоят из атомов, однако атомы могут образовывать молекулы. Молекулами называют мельчайшие частицы, из которых состоят различные вещества. Все частицы находятся в непрерывном движении. Одним из проявлений теплового движения является процесс диффузии.

Диффузия – проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества.

III.     Изучение процесса диффузии

Диффузия в жидкостях

Эксперимент №1 Наблюдение растворения краски в воде при неизменной температуре (t=21°C).

Оборудование: четыре блюдца, краска красного, синего, зелёного и желтого цвета, стакан с водой, вода, промокательная бумага

Проведение эксперимента

1. Положим в каждое блюдце по крупинке краски каждого цвета. Нальём в каждое блюдце одинаковое количество воды при температуре t = 13 °C.

2. Вода в блюдцах начинала окрашиваться в цвет краски через несколько минут, т.е. началось растворение краски. Вода является хорошим растворителем. Под действием молекул воды происходит разрушение связей между молекулами веществ твёрдой краски. В результате молекулы воды начинают проникать в промежутки между молекулами твёрдых веществ, нарушая силы притяжения. Одновременно начинают действовать силы отталкивания и, как следствие, происходит разрушение кристаллической решётки твёрдого вещества. Однако размеры молекул воды и краски настолько малы (масса молекулы воды приблизительно равна m0 = 0,000 000 000 000 000 000 000 029 88 г) и их так много, что проследить за движением одной молекулы невозможно. Например, число частиц в объёме 0,0005 м3 равно 1,806•1022. Наблюдаемое явление называется диффузией. Процесс растворения краски закончился, вода полностью окрасилась в цвет краски, находящейся в блюдцах.

Эксперимент №2. Изучение зависимости скорости протекания диффузии от температуры.

Оборудование: крупинки чая, два тонкостенных стакана, термометр, вода, часы

Проведение эксперимента

1. Возьмём два стакана, в один из них нальём холодную воду, в другой – горячую равного объёма. Термометром измерим начальную температуру холодной и горячей воды: tхол.  =   °C, tгор. =  °C.

2. Опустим одинаковое количество крупинок чая в каждый из стаканов. Вода начинает окрашиваться в тёмный цвет

За      минут вода окрасилась не полностью. Это говорит о том, что диффузия зависит от температуры. Интенсивный теплообмен с окружающей средой почти закончился. Количества энергии, поступающей из окружающей среды, недостаточно для ускорения процесса диффузии.

IV. Выводы.

        Мы наблюдали процесс диффузии. Диффузия – временной процесс. Продолжительность диффузии зависит от температуры и рода вещества: чем выше температура, тем быстрее протекает процесс диффузии. В твёрдых веществах диффузия протекает медленнее, чем в жидкостях.

V. Заключение.

       Явление диффузии широко применяется на производстве, в медицине, в полупроводниковом производстве (для создания микросхем).

       Природный горючий газ, которым мы пользуемся, дома для приготовления пищи, не имеет ни цвета, ни запаха. Поэтому трудно было бы сразу заметить утечку газа. 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.

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