Verbreitung in Heimversuchen. Diffusion
Wasserdampf entsteht, wenn Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen kocht und verdampft. Beim Übergang von Wasser in den gasförmigen Zustand wird der Umgebung Wärme in einer Menge von etwa 600 kcal/kg entzogen. Wasserdampf in der Luft ist nicht wahrnehmbar („Wasserdampfwolken“ sind in der Luft schwebende Wassertröpfchen).
In der Luft darf sich nur eine bestimmte Menge Wasserdampf befinden: Je wärmer die Luft, desto höher der mögliche Wasserdampfgehalt. Der Dampfanteil in der Luft bestimmt tatsächlich die relative Luftfeuchtigkeit. Mit sinkender Lufttemperatur und unverändertem Wasserdampfgehalt steigt die relative Luftfeuchtigkeit.
Beispiel: Der Wasserdampfgehalt der Luft beträgt 125,2 kg/m2.
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Wird in diesem Beispiel die Lufttemperatur weiter gesenkt, kondensiert der Wasserdampf zu einer Flüssigkeit. Die Temperatur, bei der die relative Luftfeuchtigkeit 100 % erreicht, wird als Taupunkt des Luft-Wasserdampf-Gemisches bezeichnet.
Der atmosphärische Luftdruck 1 atm entspricht 10.000 kg/m2; In einem Gemisch aus Luft und Wasserdampf wird ein Teil des Drucks durch Wasserdampf verursacht. Es empfiehlt sich, einen solchen Indikator zur Charakterisierung des Wasserdampfgehalts in der Luft zu verwenden, da die Diffusionsmöglichkeiten offensichtlicher sind (0,06 g Wasser / 1 kg Luft = 1 kg / m2). Daher spiegelt der Unterschied im Wasserdampfdruck (Abb. 3) nur den unterschiedlichen Gehalt an Wasserdampfmolekülen bei gleichem Gesamtdruck des Luftgemisches wider; Der absolute Druckunterschied hingegen entsteht wie in einem Dampfkessel (Abb. 4) beispielsweise in den Blasen von Dachteppichen.
Unterschiedliche Wasserdampfdrücke können durch Diffusion durch die Strukturelemente und deren Schichten ausgeglichen werden. Der Diffusionswiderstand wird durch den Koeffizienten charakterisiert μd(cm, m). Wird ein Luftspalt berücksichtigt, wird der Diffusionswiderstandskoeffizient aus der Tabelle ermittelt „Wärmewiderstand und Divon Baustoffen“.
Bei der Diffusion in Gebäudestrukturen entstehen Bereiche mit vermindertem Druck. Analog zur Temperaturverteilung im Bauwerk verteilt sich der Druck in den einzelnen Schichten entsprechend ihrem Anteil am gesamten Diffusionswiderstandskoeffizienten. Luftspalte geringer Dicke (außen 0,5, innen 2 cm) können vernachlässigt werden.
Beispiel.
| Innen 20°/50 % = H 9 kg/m2; außen 15°/80 % = 14 kg/m2. Wandstärke 24cm: μd= 4,5 x 24 = 108 cm. Putz von innen 1,5 cm: μd= 6 x 15 = 6 cm | Differenz 119 - 14 = 105 kg/m294,7 % x 105 = 9,95 kg/m2 5,3 % x 105 = 5,5 kg/m2 |
| 114 cm | 100% |
Verbreitungsbeispiele.
Um die Zerstörung von Gebäudestrukturen zu verhindern, muss die Kondensation von Feuchtigkeit darin ausgeschlossen werden. Kondensation entsteht dort, wo der tatsächliche Wasserdampfgehalt den der Temperatur entsprechenden Wert zu überschreiten droht. In den Beispielen in Abb. In den Abbildungen 5-10 ist die Struktur mit Grenzluftschichten im Maßstab proportional zu ihrer Wärmedämmung dargestellt. Die Kurve neben der Temperaturrampe zeigt den maximal möglichen Wasserdampfdruck.
Um Schäden vorzubeugen, ist auf eine ausreichende Wärmedämmung zu achten. Das Beispiel (Abb. 5) zeigt einen einschichtigen Aufbau ohne Kondensation. Im Beispiel (Abb. 6) entsteht Kondensation im Inneren des Bauwerks, da der Anteil der Grenzluftschicht zu groß ist. Die Grenzluftschicht sollte einen bestimmten Wert x im Wärmeübergangswiderstand 1/k nicht überschreiten (Tabelle 2);
richtige Schichtung. Die Diffusionskurve sollte innen möglichst steil verlaufen und außen flach sein (Abb. 7). Andernfalls kommt es zur Kondensation (Abb. 8). Die Steigung wird durch den μd-Koeffizienten charakterisiert: innen hoher Diffusionswiderstandskoeffizient, gute Wärmeleitfähigkeit = hoher μd-Koeffizient; außen niedriger Diffusionswiderstandskoeffizient, schlechte Wärmeleitfähigkeit = niedriger μd-Koeffizient;
die richtige Lage der Dampfsperre. Liegt die Dampfsperre außen, sinkt dort der Wasserdampfdruck und es bildet sich Kondenswasser (Abb. 9).
Um dies zu vermeiden, muss die Dampfsperrschicht innen liegen und die Schichten davor dürfen den x-Wert im Gesamtwärmedurchgangswiderstand 1/k nicht überschreiten (Tabelle 2).
Tabelle 1. Wasserdampfdruck in Luft.
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Tabelle 2. Maximaler Anteil der Grenzluftschicht vor der Dampfsperre (x).
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| 1. Der Wasserdampfgehalt der Luft bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchtigkeit. 2. Entsprechend der Temperaturverteilung im Baukörper ergibt sich eine Kurve für den maximalen Wasserdampfgehalt der durch den Baukörper diffundierenden Luft – die Sättigungsdruckkurve. |
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3. Relativer Dampfdruckunterschied auf beiden Seiten der Gebäudestruktur. 4. Absoluter Dampfdruckunterschied auf beiden Seiten der Gebäudestruktur. |
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5. Der Wasserdampfdruck bleibt unter dem maximal möglichen Wert – kein Kondensat. 6. Die Grenzluftschicht ist aufgrund unzureichender Wärmedämmung zu groß: Kondensation am Bauwerk und im Inneren: X ist die maximal zulässige Dicke der Grenzluftschicht. |
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7. Koeffizient, der die Schichtanordnung charakterisiert: Die Steilheit der Kurve nimmt nach außen ab – gut. 8. Falsche Schichtanordnung: Der Koeffizient und die Steilheit der Kurve nehmen nach außen zu, wodurch sich im Inneren der Struktur Kondenswasser bildet. |
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9. Dampfsperre auf der Kaltseite: Kondensat im Inneren der Struktur. 10. Zusätzliche Dampfsperre auf der warmen Seite verhindert Kondensation, X = maximale Wärmedämmung auf der Innenseite der Dampfsperre. |
Ernst Neufert. Tragwerksplanung / Ernst Neufert „BAUENTWURFSLEHRE“
Beginnen wir mit der Tatsache, dass die Flüssigkeit ein Zwischenaggregatzustand ist. Beim kritischen Siedepunkt ähnelt es Gasen und bei niedrigen Temperaturen treten ähnliche Eigenschaften wie bei einem Feststoff auf. Für die Flüssigkeit gibt es kein ideales Modell, was die Beschreibung ihrer thermodynamischen Gleichgewichtseigenschaften, ihres Gefrierpunkts, ihrer Viskosität, Diffusion, Wärmeleitfähigkeit, Oberflächenspannung, Entropie und Enthalpie erheblich erschwert.
Definition
Was ist Diffusion? Dies ist die Ausbreitung, Verteilung und Bewegung von Partikeln des Mediums, die zur Stoffübertragung und zur Einstellung von Gleichgewichtskonzentrationen führt. Sofern keine äußeren Einflüsse vorliegen, wird dieser Prozess durch die thermische Bewegung der Partikel bestimmt. In diesem Fall ist der Diffusionsprozess direkt proportional zur Konzentration. Der Diffusionsfluss wird sich in ähnlicher Weise ändern
Sorten
Wenn die Diffusion in einer Flüssigkeit mit einer Temperaturänderung erfolgt, spricht man von Thermodiffusion, in einem elektrischen Feld von Elektrodiffusion.
Der Bewegungsprozess großer Partikel in einer Flüssigkeit oder einem Gas erfolgt nach den Gesetzen der Brownschen Bewegung.
Flow-Funktionen
Die Diffusion in Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen verläuft unterschiedlich schnell. Aufgrund der Unterschiede in der Art der thermischen Bewegung von Partikeln in verschiedenen Medien weist der Prozess in Gasen die maximale Geschwindigkeit und in Feststoffen die minimale Geschwindigkeit auf.
Die Flugbahn des Teilchens ist eine gestrichelte Linie, da sich Richtung und Geschwindigkeit periodisch ändern. Aufgrund der ungeordneten Bewegung wird eine allmähliche Entfernung des Teilchens aus seiner ursprünglichen Position beobachtet. Seine Verschiebung entlang einer geraden Linie ist viel kürzer als die Strecke, die entlang einer unterbrochenen Strecke zurückgelegt wird.
Ficks Gesetz
Die Diffusion in einer Flüssigkeit gehorcht zwei Fickschen Gesetzen:
- die Diffusionsflussdichte ist mit dem Diffusionskoeffizienten direkt proportional zur Konzentration;
- Die Änderungsrate der Diffusionsflussdichte ist direkt proportional zur Konzentrationsänderungsrate und hat die entgegengesetzte Richtung.
Die Diffusion in einer Flüssigkeit ist durch Sprünge von Molekülen von einer Gleichgewichtslage in eine andere gekennzeichnet. Jeder dieser Sprünge wird beobachtet, wenn dem Molekül Energie in einem Volumen zugeführt wird, das ausreicht, um die Bindung mit anderen Teilchen aufzubrechen. Der Sprung überschreitet nicht den Abstand zwischen den Molekülen.
Bei der Diskussion, was Diffusion in einer Flüssigkeit ist, stellen wir fest, dass der Prozess von der Temperatur abhängt. Mit seiner Zunahme wird die Struktur der Flüssigkeit „aufgelockert“, wodurch ein starker Anstieg der Anzahl der Sprünge pro Zeiteinheit zu beobachten ist.
Die Diffusion in Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen weist einige charakteristische Merkmale auf. In Festkörpern ist der Mechanismus beispielsweise mit der Bewegung von Atomen innerhalb des Kristallgitters verbunden.
Merkmale des Phänomens
Die Diffusion in einer Flüssigkeit ist von praktischem Interesse, da sie mit einem Konzentrationsausgleich eines Stoffes in einem zunächst inhomogenen Medium einhergeht. Aus Bereichen mit hoher Konzentration entweichen wesentlich mehr Partikel.
Experimente
Experimente mit Flüssigkeiten haben gezeigt, dass der Diffusion in der chemischen Kinetik eine besondere Bedeutung zukommt. Während der Strömung auf der Oberfläche der Reaktanten oder des Katalysators hilft dieser Prozess dabei, die Entfernungsrate der Reaktionsprodukte und die Zugabe der Ausgangsreagenzien zu bestimmen.
Was erklärt die Diffusion in Flüssigkeiten? Lösungsmittelmoleküle können durchscheinende Membranen durchdringen, wodurch ein osmotischer Druck entsteht. Dieses Phänomen findet Anwendung in chemischen und physikalischen Methoden zur Stofftrennung.
Biologische Systeme
In diesem Fall können Diffusionsmodelle am Beispiel des Eintritts von Luftsauerstoff in die Lunge, der Aufnahme von Verdauungsprodukten aus dem Darm in das Blut und der Aufnahme von Mineralstoffen durch Wurzelhaare betrachtet werden. Bei der Erzeugung bioelektrischer Impulse durch Muskel- und Nervenzellen kommt es zur Ionendiffusion.
Der physikalische Faktor, der die Selektivität der Anreicherung bestimmter Elemente in den Körperzellen beeinflusst, ist die unterschiedliche Durchdringungsgeschwindigkeit von Ionen durch die Zellmembranen. Dieser Prozess kann durch das Ficksche Gesetz ausgedrückt werden, indem der Wert des Diffusionskoeffizienten durch die Membranpermeabilität ersetzt wird und anstelle des Konzentrationsgradienten die Differenz der Werte auf beiden Seiten der Membran verwendet wird. Durch das diffundierende Eindringen von Wasser und Gasen in die Zelle verändern sich die osmotischen Druckindikatoren außerhalb und innerhalb der Zelle.
Bei der Analyse, wovon die Diffusion abhängt, stellen wir fest, dass es mehrere Arten dieses Prozesses gibt. Die einfache Form ist mit der freien Übertragung von Ionen und Molekülen in Richtung des Gradienten ihres elektrochemischen Potentials verbunden. Diese Option eignet sich beispielsweise für Stoffe, deren Moleküle klein sind, beispielsweise Methylalkohol, Wasser.
Die eingeschränkte Variante geht von einer schwachen Stoffübertragung aus. Selbst kleine Partikel können beispielsweise nicht in die Zelle eindringen.
Geschichtsseiten
Die Verbreitung wurde während der Blütezeit der antiken griechischen Kultur entdeckt. Demokrit und Anaxogoras waren davon überzeugt, dass jede Substanz aus Atomen besteht. Sie erklärten die Vielfalt der in der Natur vorkommenden Stoffe durch die Verbindungen zwischen einzelnen Atomen. Sie gingen davon aus, dass sich diese Partikel zu neuen Stoffen vermischen könnten. Unter den Begründern der molekularkinetischen Theorie, die den Diffusionsmechanismus erklärte, spielte Michail Lomonossow eine besondere Rolle. Sie definierten ein Molekül, ein Atom und erklärten den Auflösungsmechanismus.
Experimente
Durch die Erfahrung mit Zucker können Sie alle Merkmale der Diffusion verstehen. Wenn Sie ein Stück Zucker in kalten Tee geben, bildet sich nach und nach ein dicker Sirup am Boden der Tasse. Es ist mit bloßem Auge sichtbar. Nach einiger Zeit verteilt sich der Sirup gleichmäßig im gesamten Flüssigkeitsvolumen und ist nicht mehr sichtbar. Dieser Prozess verläuft spontan und erfordert keine Vermischung der Lösungskomponenten. Ebenso breitet sich der Duft von Parfüm im gesamten Raumvolumen aus.
Die obigen Experimente zeigen, dass Diffusion ein spontaner Prozess des Eindringens von Molekülen einer Substanz in eine andere ist. Die Ausbreitung der Materie erfolgt trotz der Schwerkraft in alle Richtungen. Ein solcher Vorgang ist eine direkte Bestätigung der ständigen Bewegung der Moleküle eines Stoffes.
Im obigen Beispiel erfolgt also die Diffusion von Zucker- und Wassermolekülen, die mit einer gleichmäßigen Verteilung der Moleküle organischer Substanz im gesamten Flüssigkeitsvolumen einhergeht.
Experimente ermöglichen den Nachweis der Diffusion nicht nur in Flüssigkeiten, sondern auch in gasförmigen Stoffen. Sie können beispielsweise einen Behälter mit Ätherdampf auf der Waage aufstellen. Allmählich kommen die Becher ins Gleichgewicht, dann wird das Ätherglas schwerer. Was ist der Grund für ein solches Phänomen?
Mit der Zeit vermischen sich Äthermoleküle mit Luftpartikeln und im Raum beginnt ein spezifischer Geruch zu spüren. In einem Physikkurs an einer weiterführenden Schule wird über ein Experiment nachgedacht, bei dem ein Lehrer ein Korn in Wasser auflöst. Zunächst ist eine klare Flugbahn der Kornbewegung sichtbar, doch nach und nach erhält die gesamte Lösung einen einheitlichen Farbton. Anhand des Experiments erklärt der Lehrer die Besonderheiten der Diffusion.
Um Faktoren zu identifizieren, die die Geschwindigkeit des Prozesses in Flüssigkeiten beeinflussen, können Sie Wasser unterschiedlicher Temperatur verwenden. In einer heißen Flüssigkeit wird der Prozess der gegenseitigen Vermischung von Molekülen viel schneller beobachtet, daher besteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem Temperaturwert und der Diffusionsgeschwindigkeit.
Abschluss
Experimente mit Gasen und Flüssigkeiten ermöglichen es uns, die Gesetze der Physik zu formulieren und die Beziehung zwischen einzelnen Größen herzustellen.
Als Ergebnis der Experimente wurde der Mechanismus des gegenseitigen Eindringens von Partikeln einer Substanz in eine andere festgestellt und die chaotische Natur ihrer Bewegung nachgewiesen. Empirisch wurde festgestellt, dass die Diffusion in gasförmigen Stoffen am schnellsten erfolgt. Dieser Prozess ist für die Tierwelt von großer Bedeutung und wird in Wissenschaft und Technik eingesetzt.
Dank dieses Phänomens bleibt die homogene Zusammensetzung der Erdatmosphäre erhalten. Andernfalls würde die Schichtung der Troposphäre in einzelne gasförmige Substanzen beobachtet werden und schweres Kohlendioxid, das zum Atmen ungeeignet ist, würde der Oberfläche unseres Planeten am nächsten kommen. Wozu würde es führen? Die Tierwelt würde einfach aufhören zu existieren.
Auch die Verbreitung in der Pflanzenwelt spielt eine große Rolle. Die üppige Baumkrone lässt sich durch den Diffusionsaustausch über die Blattoberfläche erklären. Dadurch erfolgt nicht nur die Atmung, sondern auch die Ernährung des Baumes. Derzeit wird in der Landwirtschaft die Blattfütterung von Sträuchern und Bäumen eingesetzt, bei der die Krone mit speziellen chemischen Verbindungen besprüht wird.
Durch die Diffusion erhält die Pflanze Nährstoffe aus dem Boden. Mit diesem Phänomen sind auch physiologische Prozesse in lebenden Organismen verbunden. Beispielsweise ist ein Salzhaushalt ohne Diffusion nicht möglich. Solche Prozesse sind für die Sauerstoffversorgung von Seen und Flüssen von großer Bedeutung. Das Gas gelangt präzise durch Diffusion in die Tiefe der Lagerstätte. Ohne einen solchen Prozess würde das Leben im Inneren des Reservoirs aufhören zu existieren.
Auch die Einnahme von Medikamenten, die es einem Menschen ermöglichen, sich vor Krankheitserregern verschiedener Krankheiten zu schützen und das Wohlbefinden zu verbessern, basiert auf Diffusion. Dieses Phänomen wird beim Schweißen von Metallen, bei der Herstellung von Zuckersaft aus Rübenschnitzeln und bei der Zubereitung von Süßwaren genutzt. Es ist schwierig, einen solchen Zweig der modernen Industrie zu finden, in dem die Diffusion nicht eingesetzt wird.
Osmose ist die Diffusion von Wasser durch eine semipermeable Membran, die zwei Lösungen von einer niedrigeren Konzentration in eine höhere trennt.[ ...]
Zu Beginn der dritten Periode verläuft die Wasserdiffusion normalerweise ohne große Schwierigkeiten. Beim Trocknen des Holzes nimmt die Diffusionsgeschwindigkeit jedoch so stark ab, dass sich auf der Holzoberfläche eine trockene Schicht bildet. Somit ist die Hauptbedingung, von der die Trocknungsgeschwindigkeit in der dritten Periode abhängt, die Wasserdiffusion im getrockneten Holz. Im Vergleich zum Diffusionswert ist die verzögernde Wirkung des Gasfilms nun vernachlässigbar. Ebenso haben die Geschwindigkeit des Kühlmittels und der Partialdruck des Wasserdampfs nur einen sekundären Einfluss auf den Prozess.[ ...]
Die Art der Krankheit. Die Krankheit besteht in der Diffusion von Wasser aus dem Körper in den Darmtrakt. Die Menge dieses diffundierbaren Wassers ist enorm (ca. 30 l/Tag) und wird daher kontinuierlich in Form von Erbrechen und weichem Stuhl ausgeschieden. Infolgedessen kommt es zu einer Dehydrierung des Körpers, die Intensität oxidativer Prozesse nimmt schnell ab und das Gewebe wird mit Produkten unvollständiger Verbrennung und Kohlendioxid gesättigt. Die Inkubationszeit beträgt etwa drei Tage.[ ...]
Der osmotische Druck ist der Druck, der durch die Diffusion von Wasser durch die Membran entsteht (von einer niedrigeren Konzentration einer Lösung zu einer höheren).[ ...]
Eine Erhöhung der relativen Anzahl mobiler Monomerwassermoleküle und der Aktivität von Hydroxidionen im Verhältnis zu Wasserstoffionen führt offenbar zu einer Beschleunigung der Wasserdiffusion, was sich auf die Osmoseprozesse auswirkt, die für das Leben von Pflanzen und Tieren von großer Bedeutung sind Organismen.[ ...]
In anderen Arbeiten kamen Forscher zu dem Schluss, dass das Anion der Sulfogruppe im Kationenaustauscher drei Wassermoleküle bindet. Offensichtlich hängt der Unterschied in den Ergebnissen zu einem großen Teil von den unterschiedlichen Methoden zur Schätzung des Hydratationsgrads ionisierter Gruppen im Ionenaustauscherharz ab. Auf jeden Fall wurde ziemlich genau festgestellt, dass Sulfokationsaustauscher in der H + -Form stärker quellen als in Salzformen, während schwach saure Kationenaustauscher, die in der H -Form praktisch nicht ionisiert sind, hauptsächlich in Salzformen quellen. Aus dem gleichen Grund quellen schwach basische Anionenaustauscher in Salzformen auch deutlich stärker als in der OH-Form. Die Nicht-Ionenaustauschübertragung von Elektrolyten in Richtung Wasserdiffusion, wenn in verdünnten Lösungen ein osmotisches Gleichgewicht von Ionitkörnern mit einer externen Lösung hergestellt wird, hat keinen wesentlichen Einfluss auf das Verhalten von Ionenaustauschharzen während der Wasserentsalzung oder der Regeneration von Ionenaustauschfiltern. Mit zunehmender Konzentration von Säuren und Laugen in Regenerationslösungen erweist sich dieser nicht-ionenaustauschende Elektrolyttransfer als so bedeutsam, dass er nicht vernachlässigt werden kann.[ ...]
Es ist bekannt, dass es in einigen Hydraten nur einen Ring- oder nur einen Leerstellendiffusionsmechanismus gibt, der nicht mit einer Fehlordnung verbunden ist. In diesen Fällen wird Diffusion in der Regel nur bei hohen Temperaturen beobachtet. In diesem Kristall sind Wassermoleküle in sechsrädrigen Zickzackringen angeordnet, als wären sie aus der Struktur von Eis geschnitzt. Die Achsen aller Ringe sind parallel zueinander und die H-II-Richtungen bilden mit den Achsen der Ringe einen Winkel von 47°. Von hier aus kann man gemäß den Regeln der Mittelung der Dipolwechselwirkung die durchschnittliche Konstante dieser Wechselwirkung ermitteln – 9 kHz. Messungen haben gezeigt, dass eine Diffusion in dNoptase erst bei Temperaturen über +120 °C beobachtet wird und die charakteristische Frequenz genau 9 kHz beträgt. Für Apophyllit, ein weiteres hydratisiertes Silikat, beginnt die Diffusion bei 170°C, Berechnung und Experiment ergeben nahezu identische Werte mit einer Frequenzcharakteristik von -6,5 kHz. In Patrolith führt die Wasserdiffusion bei +150 °C dazu, dass die Dipol-Dipol-Wechselwirkung auf Null gemittelt wird, was völlig im Widerspruch zum erwarteten Wert steht, da in diesem Kristall der Winkel zwischen den H-H-Vektoren und der Symmetrieachse nahezu gleich ist magisch.[ ...]
Champetier und Bonnet argumentierten, dass Baumwolle selektiv Säure absorbiert. Kazbekar und Nil entdeckten die selektive Absorption von Wasser durch Cellophan, wenn es in Säurelösungen gequollen wird, da Wasser im Vergleich zu Säure schneller in den Film diffundiert. Eine detaillierte Untersuchung der selektiven Absorption von Wasser und Säure wurde nicht durchgeführt.[ ...]
Membran (von lateinisch membrana – Membran) – ein dünner Film oder eine dünne Platte, die normalerweise entlang der Kontur befestigt ist; Osmose (vom griechischen Osmos – Druck, Druck) – Einwegdiffusion von Wasser durch eine semipermeable Trennwand (Membran), die die Lösung von reinem Wasser oder einer Lösung geringerer Konzentration trennt; Ultrafiltration (von lat. ultra – darüber hinaus) – Trennung von Lösungen und kolloidalen Systemen mittels semipermeabler Membranen in speziellen Apparaten unter einem Druck von 0,1 – 0,8 MPa.[ ...]
Bei Temperaturen über 200–250 K verengen sich die NMR-Spektren weitporiger Zeolithe stark (hundertfach) und nehmen eine Struktur an, die für in Kristallen diffundierendes Wasser charakteristisch ist. In diesem Fall sind zwei Tatsachen von Bedeutung. Erstens bleibt die Breite des eingeengten Spektrums bis zur Dehydratisierungstemperatur (200–300 °C und mehr) konstant. Dies bedeutet, dass sich das Molekül bei allen Temperaturen auf demselben Diffusionsweg bewegt, der durch die Kristallstruktur genau vorgegeben ist, genau wie in kristallinen Hydraten. Zweitens bleiben trotz der Tieftemperaturmobilität sehr hohe Werte der Dehydrationstemperatur bestehen. Dieses Merkmal unterscheidet Zeolithe deutlich von kristallinen Hydraten, bei denen es bei Temperaturen deutlich über 100 °C selten zu Dehydratisierung oder Schmelzen kommt. Die Natur des hydratisierten Hochtemperaturzustands von Zeolithen wurde erst nach der Entdeckung der „Zweiphasen“-Struktur von Zeolithwasser klar. Es stellte sich heraus, dass die Diffusion von Wassermolekülen in den Zeolithkanälen nicht verhindert, dass einige dieser Moleküle fest in den Zeolithkanälen gebunden werden. Beispielsweise bleiben in Mordenit trotz Beginn der Diffusionsverengung des NMR-Spektrums bei –100 °C auch bei +100 °C etwa 10 % des fest gebundenen Wassers zurück (in diesem Fall erfolgt die vollständige Dehydratisierung erst bei 450 °C). C). Es wurde vermutet, dass diese fest gebundenen Moleküle wie Pfropfen den Zeolithkanal blockieren und den Weg diffundierender Moleküle blockieren. Daher ist es naheliegend, ein isochores Modell von Zeolithwasser in einem geschlossenen Kanalraum vorzuschlagen. Durch Erhitzen erhöht sich der Druck im Kanal und mit dem Druck steigt auch die „Schmelztemperatur“ des Zeolithwassers. In Übereinstimmung mit dem Gesagten kann die Diffusion von Wasser in hydratisierten Zeolithen als isochores (in einem geschlossenen Volumen) Schmelzen betrachtet werden. Es ist auch offensichtlich, dass die Wirksamkeit von „Pfropfen“ beim Blockieren des Kanalvolumens mit ihren kollektiven Eigenschaften zusammenhängt, die aus dem Vorhandensein stärkerer Wasser-Wasser-Bindungen in bestimmten Bereichen von Zeolithkanälen resultieren.[ ...]
Der Erfahrungsvergleich bestätigt diese Erwartungen, bestätigt sie aber auch nicht. Aber aus irgendeinem Grund fallen Hydrate von Chloriden und Bromiden von Calcium, Strontium und Barium aus dem Muster, in dem im Gegensatz zu allem die Wasserdiffusion erst beim Schmelzen festgestellt wird.[ ...]
Es wurde die Möglichkeit untersucht, Calcium- und Zinkferrite in Grundierungen zusammen mit Korrosionsschutzpigmenten zu verwenden, um giftige und teure Pigmente auf Blei- und Chrombasis zu ersetzen. Grundierungen, die Kalzium- und Zinkferrite enthalten, stellen eine stärkere Barriere gegen die Diffusion von Wasser und Sauerstoff dar als pigmentierte Eisenoxidbeschichtungen. Bei Alkydfarben ist Calciumferrit wirksamer. Das Verhältnis zwischen inertem Pigment und Calciumferrit in Grundierungen beträgt 60:40. In chlorierten Gummifarben ist Zinkferrit wirksamer und das Verhältnis zwischen inertem Pigment und Zinkferrit beträgt 80:20–70:30. Es wird darauf hingewiesen, dass die Schutzwirkung von Calcium- und Zinkferriten schwächer ist als die klassischer Korrosionsschutzpigmente.[ ...]
Der Mechanismus der Vergiftung lebender Organismen lässt sich besser durch eine andere Theorie erklären, nach der eine Vergiftung dadurch entsteht, dass Quecksilber- und Kupferionen in die Atmungs- oder Verdauungsorgane gelangen, wodurch das Protein dieser Organe gerinnt und der Organismus stirbt. Nach dieser Theorie wird die Schutzwirkung von Quecksilberoxid und Kupferoxid wie folgt erklärt. Durch die Diffusion von Meerwasser in den Lackfilm werden Quecksilberoxid und Kupferoxid dem im Meerwasser enthaltenen NaCl ausgesetzt. Als Ergebnis dieser Aktion entsteht, wie oben erwähnt, ein Salz der komplexen Zusammensetzung 6MaCl 3H Cb CuCl2. Eine Lösung dieses Salzes, das Quecksilber- und Kupferionen enthält und langsam entgegen der Diffusionsrichtung des Wassers diffundiert, erzeugt in unmittelbarer Nähe des Schiffes eine Zone, die für Vertreter der Meeresfauna giftig ist. Diese Zone wird, wie erwähnt, giftig oben, auch bei einem geringen Gehalt an Quecksilberionen im Wasser. und Kupfer. Durch diesen Wirkungsmechanismus von Quecksilberoxid und Kupferoxid sterben alle einfachsten tierischen Organismen, die in die durch Quecksilber- und Kupferionen vergiftete Zone gelangen, ab, und nur einzelne Exemplare von ihnen können sich versehentlich dem Schiff nähern. Eine kontinuierliche Verschmutzung kann erst nach einer erheblichen Erschöpfung der äußeren Farbschicht durch Quecksilber und Kupfer beginnen. In der Praxis ist ein solcher Verlauf des Gefäßverschmutzungsprozesses zu beobachten: Die Verschmutzung beginnt mit der Ansiedlung einzelner Molluskenexemplare, und die kontinuierliche Verschmutzung, die viel weniger intensiv ist als bei Verwendung herkömmlicher Farbe, beginnt viel später als beim Lackieren das Schiff mit gewöhnlicher Ölfarbe.
Die Physik ist eine der interessantesten, geheimnisvollsten und zugleich logischsten Wissenschaften. Sie erklärt alles, was man erklären kann, sogar wie Tee süß und Suppe salzig wird. Ein echter Physiker würde etwas anderes sagen: So läuft die Diffusion in Flüssigkeiten ab.
Diffusion
Diffusion ist ein magischer Vorgang des Eindringens kleinster Partikel einer Substanz in die intermolekularen Räume einer anderen. Diese Durchdringung beruht übrigens auf Gegenseitigkeit.
Wissen Sie, wie dieses Wort aus dem Lateinischen übersetzt wird? Ausbreiten, ausbreiten.
Wie kommt es zur Diffusion in Flüssigkeiten?
Diffusion kann bei der Wechselwirkung aller Stoffe beobachtet werden: flüssig, gasförmig und fest.
Um herauszufinden, wie die Diffusion in Flüssigkeiten abläuft, können Sie versuchen, ein paar Körner Farbe, gemahlenes Blei oder beispielsweise Kaliumpermanganat in ein transparentes Gefäß mit sauberem Wasser zu werfen. Es ist besser, wenn dieses Gefäß hoch ist. Was werden wir sehen? Zunächst sinken die Kristalle unter der Wirkung der Schwerkraft zu Boden, doch nach einer Weile entsteht um sie herum ein Halo aus farbigem Wasser, der sich immer weiter ausbreitet. Wenn wir uns diesen Gefäßen mindestens einige Wochen lang nicht nähern, werden wir feststellen, dass das Wasser fast vollständig gefärbt ist.
Ein weiteres gutes Beispiel. Damit sich Zucker oder Salz schneller auflösen, müssen sie in Wasser eingerührt werden. Geschieht dies jedoch nicht, lösen sich Zucker oder Salz nach einiger Zeit von selbst auf: Tee oder Kompott werden süß, Suppe oder Salzlake werden salzig.
Wie die Diffusion in Flüssigkeiten abläuft: Erfahrung
Um festzustellen, wie die Diffusionsgeschwindigkeit von der Temperatur eines Stoffes abhängt, kann ein kleines, aber sehr aufschlussreiches Experiment durchgeführt werden.
Nehmen Sie zwei Gläser mit dem gleichen Volumen: eines mit kaltem Wasser, das andere mit heißem. Geben Sie in beide Gläser die gleiche Menge Instantpulver (z. B. Kaffee oder Kakao). In einem der Gefäße beginnt sich das Pulver stärker aufzulösen. Weißt du welches genau? Erraten? Wo die Wassertemperatur höher ist! Schließlich verläuft die Diffusion im Rahmen einer zufälligen, chaotischen Bewegung von Molekülen, und bei hohen Temperaturen erfolgt diese Bewegung viel schneller.
Diffusion kann in jedem Stoff auftreten, nur der Zeitpunkt des Auftretens dieses Phänomens ist unterschiedlich. Die höchste Geschwindigkeit herrscht in Gasen. Deshalb können Sie Butter nicht neben Hering oder Schmalz, gerieben mit fein gehacktem Knoblauch, im Kühlschrank aufbewahren. Es folgen Flüssigkeiten (von der niedrigsten zur höchsten Dichte). Und am langsamsten ist die Diffusion von Feststoffen. Obwohl es auf den ersten Blick keine Diffusion in Festkörpern gibt.
Zweck der Arbeit: Beweisen, dass die Diffusion von der Temperatur abhängt; oo Betrachten Sie Beispiele für die Verbreitung in Heimexperimenten. oo Stellen Sie sicher, dass die Diffusion in verschiedenen Substanzen auf unterschiedliche Weise erfolgt.
Relevanz: Diffusion beweist, dass Körper aus Molekülen bestehen, die sich in zufälliger Bewegung befinden; Diffusion ist im Leben von Menschen, Tieren und Pflanzen sowie in der Technik von großer Bedeutung
Was ist Diffusion?
Diffusion ist eine spontane Vermischung sich berührender Substanzen, die durch die chaotische (zufällige) Bewegung von Molekülen entsteht.
Eine andere Definition: Diffusion diffusio – Ausbreitung, Ausbreitung, Streuung) – der Prozess der Übertragung von Materie oder Energie von einem Bereich mit hoher Konzentration in einen Bereich mit niedriger Konzentration.
Das bekannteste Beispiel für Diffusion ist das Mischen von Gasen oder Flüssigkeiten (wenn man Tinte in Wasser tropft, wird die Flüssigkeit nach einiger Zeit gleichmäßig gefärbt).
Diffusion findet in Flüssigkeiten, Feststoffen und Gasen statt. Die Diffusion erfolgt am schnellsten in Gasen, langsamer in Flüssigkeiten und noch langsamer in Feststoffen, was auf die Art der thermischen Bewegung der Partikel in diesen Medien zurückzuführen ist. Die Bewegungsbahn jedes Gasteilchens ist eine gestrichelte Linie, da die Teilchen bei Kollisionen die Richtung und Geschwindigkeit ihrer Bewegung ändern. Über Jahrhunderte hinweg schweißten Arbeiter Metalle und stellten Stahl her, indem sie festes Eisen in einer Kohlenstoffatmosphäre erhitzten, ohne die geringste Ahnung von den dabei ablaufenden Diffusionsprozessen zu haben. Erst 1896. Die Untersuchung des Problems begann.
Der englische Metallurge William Roberts-Austin hat in einem einfachen Experiment die Diffusion von Gold in Blei gemessen. Er schmolz eine dünne Goldscheibe auf das Ende eines Zylinders aus reinem Blei mit einer Länge von 1 Zoll (2,45 cm), stellte diesen Zylinder in einen Ofen, in dem die Temperatur bei etwa 200 °C gehalten wurde, und ließ ihn 10 Tage lang im Ofen. Es stellte sich heraus, dass eine völlig messbare Menge Gold durch den gesamten Zylinder floss. Das beweist es erneut. dass die Diffusionsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur sehr schnell zunimmt. Beispielsweise diffundiert Zink bei 300 °C fast 100 Millionen Mal schneller in Kupfer als bei Raumtemperatur.
Die Diffusion von Molekülen verläuft sehr langsam. Wenn beispielsweise ein Stück Zucker auf den Boden eines Glases Wasser gesenkt wird und das Wasser nicht gerührt wird, dauert es mehrere Wochen, bis die Lösung homogen wird.
Hängt die Diffusion von der Temperatur ab?
Das Phänomen der Diffusion kann zu Hause beim Aufbrühen von Tee beobachtet werden. Während des Experiments wurden zwei Gläser mit kaltem und heißem Wasser verwendet. Beim Aufbrühen von Tee wurde festgestellt, dass der Brühvorgang in einem Glas heißem Wasser schneller war.
Zu Hause manifestiert sich das Phänomen der Diffusion überall. Wenn Mama in der Küche Zwiebeln schneidet, Hühnchen kocht, das Abendessen kocht oder eine Marinade für Gemüse zubereitet, verbreiten sich die Düfte der Küche in der ganzen Wohnung.
Ich habe die Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Parfümduftes in einem Raum von der Temperatur untersucht: Von einem Teil des Raumes zum anderen breitete sich der Parfümduft in 20,53 Sekunden aus. ; dann habe ich Parfüm in die Nähe der Tischlampe gesprüht, Zeit – 14,03 Sek.
Fazit: Die Diffusionsgeschwindigkeit nimmt mit der Temperatur zu, da die Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle zunimmt.
Verbreitung um uns herum.
Wenn die Sonnenstrahlen in den Raum eindringen, können Sie ein eigenartiges Phänomen beobachten.
Zu diesem Anlass schrieb Lucretius Carus:
Schauen Sie hier: wann immer das Sonnenlicht eindringt
In unseren Wohnungen dringt die Dunkelheit mit ihren Strahlen ein,
Viele Körper im Nichts werden Sie sehen, flackernd,
In strahlendem Lichtschein hin und her rasen.
Wie im ewigen Kampf kämpfen sie in Schlachten und Schlachten,
Plötzlich stürzen sie sich in Gruppen in die Schlacht, ohne den Frieden zu kennen.
Durch die Diffusion enthalten Staubpartikel in Innenräumen Schimmelpartikel, Schwermetallmoleküle, die in Möbeln, Ausbaumaterialien und anderen Wohnungsgegenständen vorkommen. Zimmerblumen können leicht mit giftigen Substanzen umgehen, die in der Raumluft gelöst sind: Nephrolepis, Dieffenbachia, Wolfsmilch, Efeu, Pelargonie, Sansevieria usw. Und das alles geschieht durch Diffusion
Die bekannte Agave (Aloe) ist in der Lage, die Zahl schädlicher Mikroben um das Vierfache zu reduzieren, und der Feigenkaktus reduziert die Zahl der Schimmelpilze in der Luft um das 6-7-fache. Tabakrauch und Linoleumbeschichtungen sind gesundheitsschädlich. Zimmerpflanzen (Ficus Benjamin, Tradescantia, Chlorophytum) können giftige Stoffe aufnehmen und abbauen.
Diffusionsstudie in Gemüse.
Erfahrung mit Äpfeln
Es wurden Äpfel verschiedener Sorten verwendet: >, >, >.
Bei Apfelsorten war die Manganpenetration langsamer. Diese Apfelsorte ist winterhart, vielleicht weniger saftig und ihre Struktur ist dichter.
Erfahrung mit Gemüse
Für den Versuch wurden folgende Gemüsesorten verwendet: Rüben, Karotten, Zucchini, Kartoffeln
Nach drei Stunden wurde festgestellt, dass die Manganpenetration in Zucchini und Kartoffeln größer war als in Rüben und Karotten. Rüben und Karotten haben eine dichtere Struktur und die Eindringtiefe der Manganpartikel war geringer.
Verbreitung und Sicherheit
Das brennbare Propangas, das wir zu Hause zum Kochen verwenden, hat keine Farbe. Daher wäre es schwierig, ein Gasleck sofort zu bemerken. Und im Falle einer Leckage durch Diffusion verteilt sich das Gas im Raum. und wir riechen dieses Leck. Unterdessen entsteht bei einem bestimmten Verhältnis von Gas zu Luft in einem geschlossenen Raum ein Gemisch, das explodieren kann. Zum Beispiel aus einem brennenden Streichholz. Das Gas kann auch zu Vergiftungen bei Menschen führen.
Schlussfolgerungen: oo Bei der Diffusion dringen Partikel eines Stoffes in die Lücken zwischen den Partikeln eines anderen Stoffes ein und die Stoffe vermischen sich.
oo Die Diffusionsgeschwindigkeit nimmt mit steigender Temperatur zu.
oo Diffusion ist in den Lebensprozessen von Menschen, Tieren und Pflanzen von großer Bedeutung.
