Строительные вещества

Все вещества состоят из мельчайших частиц (атомов и молекул).

Между ними есть промежутки.

Они беспорядочно и непрерывно движутся.

Между ними действуют взаимное притяжение и отталкивание.

Броуновское движение. Однажды в 1827 г. английский ученый Р. Броун, изучая растения при помощи микроскопа, обнаружил очень необычное явление. Плавающие на воде споры (мелкие семена некоторых растений) при наблюдении за ними в микроскоп скачкообразно двигались без видимых на то причин (см. рисунок). Броун наблюдал это движение несколько дней, однако так и не смог дождаться его прекращения. Он его подробно описал, но объяснить так и не смог. Впоследствии это явление назвали броуновским движением.

Объяснить это явление невозможно, если только не предположить, что молекулы воды находятся в постоянном, никогда не прекращающемся движении. Они беспорядочно сталкиваются друг с другом, с другими молекулами. Наталкиваясь на споры, молекулы вызывают их скачкообразные перемещения, что Броун и наблюдал в микроскоп. А поскольку молекулы в микроскоп не видны, то движение спор казалось Броуну беспричинным.

Самостоятельное движение частиц вещества служит объяснением и еще одного физического явления. Рассмотрим его на опыте.

В высокий сосуд с водой бросим несколько крупинок краски. Они опустятся на дно сосуда, и вокруг них вскоре образуется фиолетовое облачко окрашенной воды. Оставим сосуд в покое на несколько недель. Наблюдая за ним все это время, мы обнаружим постепенное распространение окраски по всей высоте сосуда. Говорят, что происходит диффузия краски в воду.

Диффузия объясняется просто. Частицы веществ, беспорядочно двигаясь, проникают в промежутки друг между другом, что и означает смешивание веществ. Диффузия может происходить не только в газах, но и в жидкостях, и в твердых телах. Причем, диффузия газов происходит очень быстро, а диффузия твердых тел очень медленно. Опыты показывают: чем выше температура, тем диффузия происходит быстрее. Мы ощущаем запахи, благодаря диффузии пахучего вещества в воздухе.

Явление диффузии имеет важные проявления в природе, используется в науке и на производстве. Воздух, как известно, представляет собой смесь газов. Однако вследствие диффузии на одной высоте от Земли состав атмосферы оказывается достаточно однородным. Диффузия играет важную роль в питании растений, переносе питательных веществ, кислорода в организме человека и животных.

Она широко используется в пищевой промышленности при консервировании овощей и фруктов, при засолке огурцов.

Диффузия нашла применение в электронной промышленности. C ее помощью изготавливают многие полупроводниковые приборы.

Диффузия используется при выплавке стали. Для придания стальным деталям значительной прочности их помещают в специальные печи, где, находясь в разогретом состоянии, они насыщаются углеродом. Атомы углерода проникают в поверхностный слой металла и повышают его прочность.

На рисунках показано расположение частиц водяного пара, воды и льда. Отличаются ли молекулы этих веществ? Нет. Отличается только их взаимное расположение.

Частицы газа далеко удалены друг от друга (по меркам микромира). Между ними существуют большие промежутки. Сквозь эти промежутки легко перемещаются частицы другого газа. Поэтому диффузия в газах протекает быстро.

В жидкостях частицы расположены ближе друг к другу, чем в газах. Промежутки между частицами жидкости невелики. Сквозь них частицы другой жидкости проникают, но перемешивание жидкостей происходит медленно.

В твердых телах расстояния между частицами совсем маленькие. Они такие же, как размеры самих частиц, и даже меньше. Проникновение через такие малые промежутки частиц другого вещества крайне затруднено и поэтому происходит очень медленно.

Приведем еще один опыт с твердыми телами. Две хорошо отполированные пластинки из свинца и золота плотно прижали друг к другу и держали так в течение нескольких лет. За это время пластинки срослись друг с другом. Частицы свинца и золота в пограничном слое толщиной 1мм перемешались друг с другом.

Явление диффузии можно объяснить лишь в том случае, если считать, что:

1. Все вещества состоят из частиц, между которыми имеются промежутки.

2. Частицы вещества (молекулы, атомы) находятся в непрерывном хаотическом движении.

Поэтому частицы одного вещества способны проникать между частицами другого вещества. Так протекает диффузия.

ПРОВЕРЬ СЕБЯ

1. Чем объясняется распространение в воздухе запахов цветков и животных?

2. Один кувшин с молоком поставили в холодильник, другой оставили в комнате. Где сливки отстоятся быстрее?

3. Свежий, хотя и невидимый след (например, зайца) собака "берет". Однако со временем она его учуять не может. Объясните это явление.

4. Морское животное кальмар при нападении на него выбрасывает темно-синюю защитную жидкость. Почему через некоторое время пространство, заполненное этой жидкостью, даже в спокойной воде становится прозрачным?

5. Почему в резиновой одежде трудно переносить жару?

6. Если рассматривать в микроскоп каплю сильно разбавленного молока, то можно видеть, что плавающие в жидкости мелкие капли масла непрерывно движутся. Чем объяснить это явление?

От чего зависит скорость диффузии? Для выяснения этого - экспериментальное задание в домашних условиях.

Наблюдение диффузии

Оборудование: два стакана, марганцовка.

Ход работы

1. Один стакан с водой поставьте в холодильник, другой поместите в какое-либо теплое место.

2. Осторожно опустите на их дно по кристаллику марганцовки.

3. Отмечайте дважды в день, на сколько миллиметров окрасилась вода.

4. Сделайте вывод из наблюдений.