Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Физика»Содержание №23/2005
Диффузия

Конкурс «Я иду на урок»

И.Н.Попова,
Бачумовская СШ, Удмуртская Республика

Диффузия

7-й класс

Задачи урока: формирование понятия диффузии, обеспечение усвоения её причин; показ роли физического эксперимента; развитие умений наблюдать, сравнивать и сопоставлять изучаемые явления, выделять общие признаки.

Оборудование: раствор с марганцово-кислым калием, парафин, сосуд с водой, фенолфталеиновая бумага, нашатырный спирт, пробирки с ваткой, смоченной водой.

Ход урока

Учитель. Здравствуйте, ребята! Сегодня на уроке мы введём понятие о движении как неотъемлемом свойстве материи и познакомимся с доказательством движения молекул. (Проверка домашнего задания методом фронтального опроса.)

? Для чего нужно знать строение вещества?

? Какие опыты подтверждают наличие межмолекулярных промежутков?

? Как называют частицы, из которых состоят вещества?

? Из каких атомов состоит молекула воды?

? Чем отличаются молекулы разных веществ?

? Из скольких атомов состоит молекула углекислого газа, если её химическая формула CO2?

? Опишите опыт, с помощью которого можно определить размер молекулы.

? Напишите химическую формулу молекулы водорода, если известно, что эта молекула состоит из двух атомов водорода.

Объяснение нового материала (фронтальный опыт с ваткой, смоченной одеколоном)

Опыт 1. (С водным раствором медного купороса.) Почему исчезла чёткая граница между жидкостями?

Опыт 2. (С окрашиванием бумаги, смоченной водой, от кристаллика марганцовки.) Что вы наблюдаете вокруг кристаллика? Почему?

Учитель. Самопроизвольное перемешивание веществ [проникновение атомов (молекул) одного вещества за счёт их теплового движения в промежутки между атомами (молекулами) другого] называется диффузией.

Опыт 3. (Окрашивание наклеенной на верх сосуда полоски фенолфталеиновой бумаги в присутствии на дне ватки с нашатырным спиртом.) Почему бумага покраснела?

В жидкостях диффузия происходит медленнее, чем в газах. Это объясняется тем, что молекулы жидкости расположены значительно гуще, поэтому «пробираться» сквозь них значительно труднее.

Опыт 4. (Окрашивание воды вокруг кристаллика марганцовки.) Почему вода окрасилась?

Медленнее всего диффузия происходит в твёрдых телах. В одном из опытов гладкоошлифованные пластины свинца и золота положили одну на другую и прижали грузом. Через 5 лет золото и свинец проникли друг в друга всего на 1 мм.

Опыт 5. (Проникновение акварельной краски в парафин.)

Скорость диффузии увеличивается при повышении температуры.

Опыт 6. (Окрашивание воды вокруг кристаллика марганцовки в блюдцах с холодной и горячей водой.)

Диффузия имеет большое значение в процессах жизнедеятельности человека, животных, растений (учащиеся записывают в тетрадь):

Прибор для очистки сока

Прибор для очистки сока

Что же происходит вблизи трубы работающей котельной? Дымовые газы (правильнее будет назвать их топочными) невидимы, как и воздух. Они состоят в основном из углекислого газа и небольшого количества оксидов азота и серы. Но если в этих газах содержатся частички сажи, дым получается чёрным. Зажжём свечу. Если фитилёк у неё короткий, то она горит без копоти, если длинный – сильно коптит. Значит, сильно дымят трубы в том случае, если плохо отрегулированы горелки в котельной и происходит неполное сгорание топлива.

Вместе с газами из труб котельных выбрасывается большое количество водяного пара. Часто именно белый шлейф сконденсировавшегося пара вызывает жалобы населения на то, что такое предприятие якобы отравляет всё вокруг. Пар же вреда не приносит, а жалобы – просто результат неграмотности.

Но нужно чётко понимать, что и дымящие, и недымящие трубы вредны для живого мира при большом количестве выбросов. В настоящее время общее количество эмиссии газов в атмосферу составляет 40 млрд т в год. Избыток углекислого газа в атмосфере опасен для живого мира Земли, нарушает круговорот углерода в природе, приводит к образованию кислотных дождей, потеплению климата из-за парникового эффекта. (Альтернативный взгляд на причины потепления см. в статье академика РАЕН О.Г.Сорохтина «Адиабатическая теория парникового эффекта» в № 11/05. – Ред.)

Учитель. Так полезна диффузия или вредна? (Обсуждение с классом.)

Закрепление

? Чем отличается движение молекул в воздухе от их движения в вакууме?

? Детские воздушные шары наполняют газом. Почему они уже через сутки теряют упругость, сморщиваются и перестают подниматься?

? Открытый сосуд с углекислым газом уравновесили на весах. Почему со временем равновесие весов нарушилось?

? В старинных книгах страницы с рисунками закрыты листами тонкой полупрозрачной бумаги. Почему на стороне этой бумаги, соприкасающейся с рисунком, со временем появляются отпечатки рисунка? [На наш взгляд, здесь происходит явление капиллярной конвекции. См. статью М.А.Бражникова «Опыт с промокашкой» в № 7/05. – Ред.]

? Одинаковые кусочки сахара брошены в стаканы с водой, нагретой до разной температуры, одновременно. В каком стакане температура воды была выше?

? Один кувшин с молоком поставили в холодильник, другой кувшин оставили в комнате. Где сливки отстоятся быстрее? (Ответ. В кувшине, оставленном в комнате, т.к. диффузия идёт быстрее при более высокой температуре.)

? Как ускорить диффузию в твёрдых телах? (Ответ. Увеличить температуру.)

Итог урока.

Домашнее задание


КОММЕНТАРИЙ РЕДАКТОРА. На школьном уровне диффузию порой трудно отличить от конвекции. Оба эти явления отвечают за перенос масс и приводят к установлению равновесного распределения концентраций фаз. Однако достаточно часто приводимые в учительских письмах примеры диффузии явно ошибочны: мгновенное распространение запаха одеколона в противоположный угол класса (диффузия так быстро не протекает, даже в газах, – чтобы понюхать цветок, мы энергично втягиваем воздух, а не просто подносим цветок к носу), быстрое растекание цветного пятна по промокашке. Приводим в сокращении статьи из ФЭС (М., 1990), а там уж «думайте сами». – Ред.

Диффузия – процесс, вызываемый молекулярным тепловым движением (и только! – Ред.). В однофазной системе при постоянной температуре и отсутствии внешних сил диффузия выравнивает концентрацию каждого компонента фазы по объёму всей системы. Если температура непостоянна или на систему действуют внешние силы, то в результате диффузии устанавливается пространственно-неоднородное распределение концентрации каждого компонента (термодиффузия, электродиффузия).

Диффузировать могут также взвешенные малые частицы, в том числе и постороннего вещества (вследствие броуновского движения).

Конвекция свободная (естественная) возникает под действием архимедовых сил в поле силы тяжести, если имеют место неоднородности плотности в результате разницы температур или концентрации примесей (вертикальные движения воздушных масс в атмосфере и водных масс в океанах).

Вынужденная конвекция вызывается внешними механическими воздействиями на среду (вентилятора, гидронасоса...).

Капиллярная конвекция возникает в жидкостях со свободной поверхностью при наличии перепадов поверхностного натяжения вдоль этой поверхности. Например, вследствие изменения температуры (термокапиллярная конвекция) или концентрации поверхностно-активной примеси. В обычных условиях она несущественна на фоне свободной и вынужденной конвекции, однако становится значительной в условиях невесомости.