Что такое диффузия?
Частицы жидкостей и газов постоянно движутся и сталкиваются друг с другом. Из-за этого движения вещество распространяется из области с большой концентрацией в область с малой, и в конце концов равномерно заполняет весь сосуд. Чернила, капнутые в воду, распространяются даже без перемешивания. Запах духов, распылённых в одном углу комнаты, чувствуется в другом углу.
В твёрдых телах частицы только колеблются на своих местах, поэтому диффузия идёт очень медленно.
Что влияет на скорость диффузии?
| Фактор | Влияние | Пример в симуляторе |
|---|---|---|
| Температура | С ростом температуры частицы движутся быстрее и диффузия ускоряется | Чернила: в воде при 5°C 45 с, при 80°C около 8 с |
| Масса частиц | Лёгкие частицы распространяются быстрее | Аммиак NH3 быстрее брома Br2 в 2.3 раза |
| Давление | В газе с ростом давления частицы сближаются и постоянно сталкиваются, поэтому диффузия замедляется. На жидкость давление почти не влияет | Бром: при 1 атм 9 с, при 2 атм 18 с |
| Размер сосуда | В большом сосуде частицам надо пройти большее расстояние, поэтому время выравнивания растёт | Бром: в 1 л 9 с, в 2 л около 14 с |
В газах диффузия идёт намного быстрее, чем в жидкостях. Настоящая разница составляет примерно 10 000 раз, но в симуляторе время ускорено, чтобы было удобнее наблюдать. Секунды на экране не равны настоящему времени, поэтому сравнивай только опыты между собой.
Белое кольцо в трубке
Влияние массы частиц показывают в классическом опыте. В один конец длинной стеклянной трубки помещают вату, смоченную раствором аммиака, а в другой конец — вату, смоченную соляной кислотой. Оба газа распространяются по трубке и там, где встречаются, образуют белое кольцо хлорида аммония NH4Cl. Кольцо появляется ближе к концу с соляной кислотой, потому что NH3 (17 г/моль) легче HCl (36.5 г/моль) и распространяется быстрее.
Измерь диффузию в приложении Nalukh chem
Распредели 10 веществ в воде и воздухе и сравни время. Этот симулятор входит в полный доступ. Скачивание бесплатно, без регистрации открыты 2 раздела и 5 симуляторов.
Как пользоваться симулятором?
- В правом верхнем углу выбери обычный режим или режим «Скорость · V p T».
- На левой панели выбери среду (вода, воздух), температуру (горячая, холодная) и вещество. В воде есть чернила, пищевой краситель, перманганат калия, сульфат меди(II) и чай, а в воздухе духи, аммиак, бром, иод и хлор.
- Нажми большую кнопку под сосудом. Её название зависит от вещества: «Капнуть», «Бросить кристалл», «Опустить чайный пакетик», «Открыть крышку», «Нагреть и испарить».
- Пока вещество распространяется, растут процент равномерности и время. Когда вещество распределится равномерно, время будет записано, а результат появится в списке справа.
- Кнопка Частицы показывает движение частиц.
- Вещества, невидимые глазу, определяются другими способами: духи чувствует нос сбоку от сосуда, а от аммиака влажный красный лакмус синеет.
- В режиме «Скорость · V p T» меняй ползунками температуру (0–100°C), объём (0.5–2 л) и давление (0.5–3 атм). Скорость диффузии и время выравнивания появляются сразу. В воде ползунок давления не работает.
Задания для симулятора
- Проверь чернила в холодной и горячей воде. Ответ: 45 с при 5°C, около 8 с при 80°C, то есть примерно в 5 раз быстрее.
- В воздухе при одной и той же температуре проверь аммиак, хлор, бром и иод. Ответ: в этом порядке диффузия замедляется. Молярная масса растёт: 17, 71, 160, 254 г/моль.
- В режиме «Скорость · V p T» выбери воздух и бром и поставь давление 2.0 атм. Ответ: скорость изменится с ×1.0 на ×0.5, а время выравнивания с 9 с на 18 с.
- В том же режиме подними температуру с 20°C до 100°C и сравни воду и воздух. Ответ: в воде скорость станет ×4.6, в воздухе ×1.5.
