Ученики на Учителя.com


Конспект урока "Диффузия в природе и в жизни человека"

1
Диффузия. Диффузия в природе и в жизни человека
Диффузия 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. Однако, не у всех людей есть достаточное
представление о протекании этого явления.
Актуальность работы состоит в том, что изучение влияния диффузии на
жизнедеятельность растений, животных и человека расширит спектр наших знаний о живой
природе, продемонстрирует тесную связь физики, биологии, экологии, медицины.
Объект исследования - явление диффузии.
Предмет исследования - влияние явления диффузии на процессы, протекающие в
природе, и связанные с жизнедеятельностью человека.
Цель: рассмотреть роль диффузии в природе и жизнедеятельности человека, доказать
общую значимость этого явления.
Задачи:
1. Изучить материал о роли диффузии в природе и жизнедеятельности человека.
2. Провести некоторые опыты, характеризующие закономерности протекания диффузии.
3. Проанализировать полученную информацию о явлении диффузии, а также определить
степень значимости этого явления для растений, животных, человека.
Методы:
1.Изучение литературных и других информационных источников.
2.Анализ и обработка материала о значимости явления диффузии.
3.Проведение экспериментов.
§1 Явление «диффузия», его сущность
Диффузия (от лат. Diffusio — распространение, растекание, рассеивание) - это явление,
при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между
молекулами другого.
Явление диффузии мы наблюдаем каждый день: наливаем ли заварку чая в кипяток,
приготавливаем ли красящий раствор. И даже когда сгорает что-то на плите, а запах
чувствуется по всему дому, мы вновь сталкиваемся с явлением диффузии.
Возникает вопрос, почему же запах в комнате распространяется не мгновенно, а через
некоторое время. Дело в том, что движению пахучего вещества в определенном направлении
мешает движение молекул воздуха. Молекулы (духов или нафталина) на своем пути
сталкиваются с молекулами газов, которые входят в состав воздуха. Они постоянно меняют
направление движения и, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по комнате.
2
Так как частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то во всех этих
веществах возможна диффузия. Однако скорость протекания данного явления для них
различна. Для подтверждения данного факта был проведен эксперимент. Одновременно
совершили три действия: разрезали апельсин, опустили в стакан пакетик чая и на срез сырой
картофелины насыпали несколько кристалликов марганцовки. В результате наблюдений
было установлено, что запах апельсина распространился по комнате за несколько секунд,
немногим более потребовалось времени для того, чтобы чай окрасил воду, а молекулы
перманганата калия только на несколько миллиметров диффундировали в картофель за пару
часов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что диффузия протекает быстрее в
газах, чуть медленнее в жидкостях и очень медленно в твердых телах. Дело в том, что в
газах и жидкостях основной вид теплового движения частиц приводит к их перемешиванию,
а в твердых телах, в кристаллах, где атомы совершают малые колебания около положения
узла решётки, нет.
Процесс диффузии ускоряется с повышением температуры. Обратимся к опыту. В два
стакана налили воду, но в один холодную, а в другой – горячую. Опустили одновременно в
стаканы пакетики с чаем. Нетрудно заметить, что в горячей воде чай быстрее окрашивает
воду, диффузия протекает быстрее. Это происходит потому, что с повышением температуры
увеличивается скорость движения молекул. Поэтому прежде чем сделать укол пациенту,
холодный раствор с инъекцией врач немного нагревает до температуры, близкой к
температуре человека.
§2 Осмос и диализ - формы проявления диффузии
В мире живых организмов диффузия проявляется в двух формах - диализе и осмосе.
Диализом называется диффузия молекул растворенного вещества, а осмосом - диффузия
растворителя через полупроницаемую мембрану.
Основную роль для диффузионных процессов в живых организмах играют мембраны,
находящиеся на поверхности клеток, клеточных ядер и вакуолей и обладающие
избирательной проницаемостью. Прохождение вещества через мембрану зависит от
размеров и некоторых других физических свойств молекул растворителя, а также от свойств
самой мембраны.
Если мешочек из пергамента заполнить раствором сахара или соли и поместить в
сосуд с водой, то молекулы растворённого вещества будут диффундировать через стенки
мешочка, пока их концентрация в мешочке и в сосуде с водой не станет одинаковой. В этом
случае мы можем говорить, что поры мембраны достаточно велики для прохождения через
них молекул растворенного вещества. Этот метод – диализ – часто применяют для
получения чистых препаратов белков и других соединений.
3
Диализ также используется в аппарате «искусственная почка». Аппарат представляет
собой гемодиализатор, в котором кровь соприкасается через полупроницаемую мембрану с
солевым раствором. Из крови в солевой раствор сквозь мембрану проходят ионы и молекулы
продуктов обмена (мочевина, мочевая кислота), а также различные токсические вещества,
подлежащие удалению из организма. Аппарат представляет собой систему из плоских
каналов, разделенных тонкими целлофановыми мембранами, по которым встречными
потоками медленно движутся кровь и солевой раствор, обогащенный газовой смесью CO
2
+
О
2
.Аппарат подключается к кровеносной системе больного с помощью катетеров. Диализ
продолжается 4-6 ч. Этим достигается очистка крови от азотистых шлаков при
недостаточной функции почек, т.е. осуществляется регулирование химического состава
крови.
Если взять мешочек с более мелкими порами, пропускающими только молекулы
растворителя, (например, воды), но не пропускающими молекул сахара, то молекулы воды
будут диффундировать в мешочек, увеличивая объём раствора в нем. В этом случае мы
говорим об осмосе. Впервые осмос наблюдал А. Нолле в 1748, однако исследование этого
явления было начато спустя столетие. Явление осмоса наблюдается в тех средах, где
подвижность растворителя больше подвижности растворённых веществ. Осмос сохраняет
внутри клетки белки, столь важные для биологических процессов живых организмов.
§3 Роль диффузии в природе
Явление диффузии играет большую роль в природе. Так, например, благодаря
диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности
Земли. 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 и инертные газы.
К.А. Тимирязев говорил: «Будем ли мы говорить о питании корня за счёт веществ,
находящихся в почве, будем ли говорить о воздушном питании листьев за счет атмосферы
или питании одного органа за счёт другого, соседнего, – везде для объяснения мы будем
прибегать к тем же причинам: диффузия».
Действительно, в растительном мире также велика роль диффузии. Например,
большое развитие листовой кроны деревьев объясняется тем, что диффузионный обмен
сквозь поверхность листьев выполняет не только функцию дыхания, но частично и питания.
В настоящее время широко практикуется внекорневая подкормка плодовых деревьев путем
опрыскивания их кроны. Благодаря диффузии растение получает минеральные вещества и
4
воду из почвы.
Без этого явления не было бы и животного мира. Диффузия влияет не только на
физиологические процессы, происходящие в организме животных: таких как, например,
регуляция солевого баланса. Благодаря диффузии они находят себе пищу. Акулы, например,
чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров. Бабочки, порхая меж
растений, всегда находят дорогу к красивому цветку. Пчелы, обнаружив сладкий объект,
штурмуют его своим роем.
Большую роль играют диффузные процессы в снабжении природных водоёмов и
аквариумов кислородом. Кислород попадает в более глубокие слои воды в стоячих водах за
счёт диффузии через их свободную поверхность. Чтобы изучить, как различные вещества на
поверхности воды влияют на скорость испарения воды и сделать вывод о скорости
протекания диффузии, был проделан следующий опыт.
В тарелки была налита вода одинаковой массы и одинаковой температуры (37
градусов), затем в одну тарелку был налит бензин (5 мл), во вторую – керосин (5мл), в
третью – растительное масло (5 мл), в четвертой вода оставалась чистой. Растительное масло
в нашем опыте имитировало нефть. Засекалось время, через каждые 15 минут снимались
показания термометров, помещенных во все жидкости. Результаты измерений
зафиксированы в таблице.
Время
Температура
чистой воды,
0
С
Температура
воды с
бензином,
0
С
Температура
воды с
керосином,
0
С
Температура
воды с
растительным
маслом,
0
С
14:15
37
37
37
37
14:30
33
34
34
35
14:45
30
32
32
33
15:00
26
28
28
31
При испарении из воды вылетают отдельные молекулы. Так как вода, покрытая
пленкой бензина, керосина и растительного масла, остывает медленнее, то можно судить о
том, что и молекулам кислорода труднее проникнуть в воду: рыбы и другие водные
обитатели испытывают недостаток кислорода и могут даже погибнуть.
Таким образом, наличие различных веществ на поверхности воды нарушает процессы
диффузии и может привести к нежелательным экологическим последствиям.
5
Поэтому нежелательны всякие ограничения свободной поверхности воды. Так,
например, листья или ряска, покрывающие поверхность воды, могут совсем прекратить
доступ кислорода к воде и привести к гибели ее обитателей. По этой же причине сосуды с
узким горлом непригодны для использования в качестве аквариума.
§4 Влияние диффузии на жизнедеятельность человека
На явлении диффузии основаны многие физиологические процессы, происходящие в
организме человека: такие как дыхание, всасывание питательных веществ в кишечнике и
др. Мы можем защитить себя от многих болезней путем приема лекарств, которые
усваиваются организмом тоже благодаря диффузии.
Диффузия находит широкое применение в различных сферах деятельности человека.
На этом явлении основана диффузионная сварка металлов. Детали помещают в закрытую
сварочную камеру с сильным разряжением, сдавливают и нагревают до 800 градусов. При
этом происходит интенсивная взаимная диффузия атомов материалов. Диффузионная сварка
применяется в основном в электронной и полупроводниковой промышленности, точном
машиностроении.
Явление диффузии используется также для получения сахарного сока из
свекловичной стружки, нагреваемой вместе с водой.
Человек научился использовать свойства диффузии и для обеспечения собственной
безопасности. 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.
§5 Вредное проявление диффузии
К сожалению, в результате развития человеческой цивилизации оказывается
негативное влияние на природу и процессы, протекающие в ней. Процесс диффузии играет
большую роль в загрязнении рек, морей, океанов. Загрязнение водоемов приводит к тому,
что в них исчезает жизнь. Кроме того, в загрязненной воде происходят химические реакции с
выделением тепла. Температура воды повышается, при этом снижается содержание
кислорода в воде, что плохо для водных организмов.
Вследствие явления диффузии воздух загрязняется отходами разных фабрик,
выхлопными газами, из-за него вредные отходы жизнедеятельности человека проникают в
почву, воду, а затем оказывают вредное влияние на жизнь и функционирование животных и
растений.
6
§6 Опыты по изучению диффузии
Зависит ли диффузия от температуры?
1 опыт
Явление диффузии можно пронаблюдать дома при заварке чая. При проведение опыта были
использованы два стакана с холодной и горячей водой. При заваривании чая было выяснено,
что в стакане с горячей водой процесс заваривания происходил быстрее.
В домашних условиях явление диффузии проявляется всюду. Когда мама на кухне режет
лук, готовит курицу, варит обед или готовит маринад для заливки овощей, ароматы из кухни
распространяется по всей квартире.
2 опыт
7
Я исследовала зависимость скорости распространения аромата духов в комнате от
температуры:
из одной части комнаты в другую аромат духов распространился за 20,53 сек.;
затем я разбрызгала духи около настольной лампы, время - 14,03 сек.
Вывод: Скорость диффузии повышается с температурой, так как увеличивается скорость
движения молекул.
Диффузия вокруг нас.
Когда лучи солнца попадают в комнату, то можно наблюдать своеобразный «танец
пылинок».
По этому поводу Лукреций Кар писал:
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…
В комнатных пылинках благодаря диффузии содержатся частички плесени, молекулы
тяжелых металлов, которые содержатся в мебели, отделочных материалах и других
квартирных «благах цивилизации». С легкостью справляются с токсическими веществами,
растворенными в воздухе комнат, комнатные цветы: нефролепис, диффенбахия, молочай,
плющ, пеларгония,сансевиерия и т. д. И все это происходит благодаря диффузии
Всем известный столетник (алоэ) способен снизить
количество вредных микробов в 4раза, а кактус- опунция
в 6-7 раз уменьшает численность плесневых грибов в
воздухе. Табачный дым, покрытия из линолеума
приносят вред нашему здоровью. Комнатные растения
(фикус Бенджамина, традесканция, хлорофитум) могут
поглощать и разлагать токсические вещества.
8
Исследование диффузии в овощах.
Опыт с яблоками
Были использованы яблоки разных сортов: «Грей», «Антоновка», «Джонотан».
У яблок сорта «Антоновка» проникновение марганца было медленнее. Этот сорт яблок –
зимний, возможно он менее сочный, а их структура более плотная.
Опыт с овощами
Для проведения опыта использованы следующие овощи: репа, морковь, кабачок, картофель
9
Через три часа было обнаружено, что проникновение марганца в кабачке, картофеле было
больше, чем в репе и моркови. Репа и морковь имеют структуру более плотную, и глубина
проникновения частиц марганца была меньше.
Выводы:
При диффузии частицы одного вещества проникают в промежутки между частицами
другого вещества, и вещества перемешиваются.
Скорость протекания диффузии увеличивается с ростом температуры.
Диффузия имеет большое значение в процессах жизнедеятельности человека,
животных и растений.
Заключение
Исходя из выше изложенного, можно сделать вывод о том, что явление диффузии
является одним из главных общих условий жизнедеятельности растений, животных и
человека. Без этого явления жизнь на Земле была бы невозможна.
Человеку нет необходимости что–то специально делать для улучшения протекания
явления диффузии в живой природе. Просто надо исключить загрязнение окружающей
среды своей деятельностью, так как по вине человека это явление играет заметную роль в
загрязнении рек, морей и океанов, почвы и атмосферы Земли.
В пламени Солнца, в жизни и смерти далёких звезд, в воздухе, которым мы дышим,
всюду мы видим проявление всемогущей и универсальной диффузии.
Скачать материал

Физика - еще материалы к урокам: