האם אי פעם ראית המוני גמדים קטנים ומעצבנים רוחשים באקראי מעל? לפעמים נדמה שהם תלויים ללא ניע באוויר. מצד אחד, הנחיל הזה חסר תנועה, מצד שני החרקים שבתוכו נעים כל הזמן ימינה, שמאלה, למעלה, למטה, מתנגשים כל הזמן זה בזה ושוב מתפזרים בתוך הענן הזה, כאילו כוח בלתי נראה מחזיק אותם יחד..
התנועות של מולקולות הן כאוטיות באופן דומה, בעוד הגוף שומר על צורה יציבה. תנועה זו נקראת תנועה תרמית של מולקולות.
תנועה בראון
בשנת 1827, הבוטנאי הבריטי המפורסם רוברט בראון השתמש במיקרוסקופ כדי לחקור את התנהגותם של חלקיקי אבקה מיקרוסקופיים במים. הוא הפנה את תשומת הלב לעובדה שהחלקיקים נעים כל הזמן בסדר לוגי כאוטי, מתריס, והתנועה האקראית הזו לא הייתה תלויה בדבר.תנועת הנוזל שבו היו, וגם לא מההתאדות שלו. החלקיקים הקטנים ביותר של אבקה תיארו מסלולים מורכבים ומסתוריים. מעניין שעוצמת תנועה כזו אינה יורדת עם הזמן ואינה קשורה לתכונות הכימיות של המדיום, אלא רק עולה אם צמיגות המדיום הזה או גודל החלקיקים הנעים פוחתים. בנוסף, לטמפרטורה יש השפעה רבה על מהירות התנועה של מולקולות: ככל שהיא גבוהה יותר, כך החלקיקים נעים מהר יותר.
Diffusion
לפני זמן רב אנשים הבינו שכל החומרים בעולם מורכבים מהחלקיקים הקטנים ביותר: יונים, אטומים, מולקולות, ויש ביניהם פערים, והחלקיקים האלה נעים כל הזמן ואקראי.
דיפוזיה היא תוצאה של תנועה תרמית של מולקולות. אנו יכולים לראות דוגמאות כמעט בכל מקום בחיי היומיום: הן בחיי היומיום והן בחיות הבר. זוהי הפצת ריחות, הדבקת חפצים מוצקים שונים, ערבוב נוזלים.
באופן מדעי, דיפוזיה היא תופעה של חדירת מולקולות של חומר אחד למרווחים בין המולקולות של חומר אחר.
גזים ודיפוזיה
הדוגמה הפשוטה ביותר של דיפוזיה בגזים היא התפשטות מהירה למדי של ריחות (גם נעימים וגם לא כל כך נעימים) באוויר.
דיפוזיה בגזים עלולה להיות מסוכנת ביותר, בגלל תופעה זו הרעלת פחמן חד חמצני וגזים רעילים אחרים מתרחשת במהירות הבזק.
דיפוזיה בנוזלים
בעוד שהדיפוזיה בגזים מתרחשת במהירות, לרוב תוך שניות, הדיפוזיה בנוזלים אורכת דקות שלמותלפעמים אפילו שעות. זה תלוי בצפיפות ובטמפרטורה.
דוגמה אחת לדיפוזיה בנוזלים היא פירוק מהיר מאוד של מלחים, אלכוהולים וחומצות, ויוצרים פתרונות הומוגניים תוך זמן קצר.
דיפוזיה במוצקים
במוצקים, הדיפוזיה היא הקשה ביותר, בטמפרטורת החדר או החוץ היא בלתי נראית. בכל ספרי הלימוד המודרניים והישנים מתוארים ניסויים עם לוחות עופרת וזהב כדוגמה של דיפוזיה במוצקים. ניסוי זה הראה שרק לאחר יותר מארבע שנים חדרה כמות זניחה של זהב לתוך עופרת, ועופרת חדרה לזהב עד לעומק של לא יותר מחמישה מילימטרים. הבדל זה נובע מכך שצפיפות העופרת גבוהה בהרבה מצפיפות הזהב.
כתוצאה מכך, מהירות ועוצמת הדיפוזיה תלויות לא מעט בצפיפות החומר ובמהירות התנועה הכאוטית של מולקולות, והמהירות, בתורה, תלויה בטמפרטורה. הדיפוזיה אינטנסיבית ומהירה יותר בטמפרטורות גבוהות יותר.
דוגמאות להתפשטות בחיי היומיום
אנחנו אפילו לא חושבים על העובדה שבכל יום כמעט בכל צעד אנו פוגשים את תופעת הדיפוזיה. לכן התופעה הזו נחשבת לאחת המשמעותיות והמעניינות בפיזיקה.
אחת הדוגמאות הפשוטות ביותר של דיפוזיה בחיי היומיום היא פירוק הסוכר בתה או בקפה. אם שמים חתיכת סוכר בכוס מים רותחים, לאחר זמן מה היא תיעלם ללא עקבות, בעוד שאפילו נפח הנוזלכמעט ללא שינוי.
אם תסתכלו סביב בקפידה, תוכלו למצוא דוגמאות רבות של דיפוזיה שהופכות את חיינו לקלים יותר:
- אבקת כביסה ממיסה, אשלגן פרמנגנט, מלח;
- מטהרי אוויר בריסוס;
- תרסיסי גרון;
- שטיפת לכלוך מפני השטח של הפשתן;
- ערבוב צבעים מאת האמן;
- לישת בצק;
- הכנת מרק עשיר, מרקים ורוטב, לפתנים מתוקים ומשקאות פירות.
בשנת 1638, בשובו ממונגוליה, העניק השגריר וסילי סטארקוב את הצאר הרוסי מיכאיל פדורוביץ' במתנה עם כמעט 66 ק ג של עלים יבשים עם ניחוח טארט מוזר. מוסקוביטים שמעולם לא ניסו אותו אהבו מאוד את הצמח המיובש הזה, והם עדיין משתמשים בו בהנאה. זיהית אותו? כמובן, מדובר בתה שנרקח עקב תופעת הדיפוזיה.
דוגמאות של דיפוזיה בסביבה
תפקיד הדיפוזיה בעולם סביבנו גבוה מאוד. אחת הדוגמאות החשובות ביותר של דיפוזיה היא מחזור הדם באורגניזמים חיים. חמצן מהאוויר חודר אל נימי הדם הנמצאים בריאות, ואז מתמוסס בהם ומתפשט בכל הגוף. בתורו, פחמן דו חמצני מתפזר מהנימים אל תוך המכתשיות של הריאות. חומרים מזינים המשתחררים מהמזון מתפזרים לתאים.
במיני צמחים עשבוניים, דיפוזיה מתרחשת דרך כל פני השטח הירוקים שלהם, בצמחים פורחים גדולים יותר - דרך עלים וגבעולים, בשיחים ועצים - דרך סדקיםבקליפת הגזעים והענפים והעדשים.
בנוסף, דוגמה לדיפוזיה בעולם החיצון היא ספיגת מים ומינרלים המומסים בו על ידי מערכת השורשים של הצמחים מהאדמה.
דיפוזיה היא הסיבה לכך שהרכב האטמוספירה התחתונה הוא הטרוגני ומורכב מכמה גזים.
למרבה הצער, בעולם הלא מושלם שלנו, יש מעט מאוד אנשים שאינם יודעים מהי זריקה, המכונה גם "זריקה". סוג זה של טיפול כואב אך יעיל מבוסס גם על תופעת הדיפוזיה.
זיהום סביבתי: קרקע, אוויר, גופי מים - אלה גם דוגמאות של דיפוזיה בטבע.
עננים לבנים נמסים בשמים הכחולים, כל כך אהובה על משוררים מכל הזמנים - היא גם תפוצה ידועה לכל תלמיד חטיבת ביניים ותיכון!
אז, דיפוזיה היא משהו שבלעדיו החיים שלנו לא רק יהיו קשים יותר, אלא כמעט בלתי אפשריים.
