Диффузия строения плаценщ
Диффузия — раздел Образование, Материаловедение Диффузия – Взаимное Проникновение Атомов Соприкасающихся Вещ.
Диффузия – взаимное проникновение атомов соприкасающихся веществ (компонентов), обусловленное тепловым движением частиц. Атомы перемещаются на расстояния, большие параметров кристаллической решётки. Диффузия связана с переносом вещества, что может привести к изменению химического состава. Наиболее вероятным механизмом диффузии (т.е. путем перемещения атомов во время диффузии) в твердых растворах являются вакансионный (диффундирующий атом занимает вакансию). Наиболее легко диффузия протекает также по дефектам кристаллического строения и границам зерен. В твердом теле происходят также колебания атомов около положения равновесия с частотой порядка 10 13 Гц, поэтому возможен и перескок их из одной плоскости в другую.
Мерой диффузионной способности служит коэффициент диффузии D, который определяется на основе первого закона Фика:
где: m – количество вещества, диффундирующего через единицу площади поверхности раздела за единицу времени (т.е. скорость диффузии);
Из выражения (1) можно получить формулу для определения коэффициента диффузии D:
Знак минус в формуле (1) показывает, что диффузия протекает в направлении от объемов с большой концентрацией атомов к объемам с меньшей концентрацией. Отметим, что коэффициент диффузии D зависит от природы сплава, размера зерен, и особенно сильно от температуры. С увеличением температуры коэффициент диффузии D возрастает по экспоненциальному закону.
Диффузионные процессы имеют место не только при ТО и ХТО (диффундируют атомы азота, углерода, алюминия), но и в полупроводниках (диффузия носителей, вредных быстро диффундирующих примесей меди, натрия, водорода, железа), в технологии микроэлектроники (управляемое небыстрое введение легирующих примесей в полупроводники на малую глубину), адгезии пленок к поверхности и в других случаях. Диффундировать могут примеси, а также атомы двух контактирующих металлов.
Вредное влияние диффузии в микроэлектронике проявляется в деградации контактов из золота и алюминия с образованием новых фаз AuAl2 .Диффузия алюминия в кремний нарушает p-n переход, увеличивает удельное электрическое сопротивление ρ.
Диффузионные процессы имеют место не только при ТО и ХТО (диффундируют атомы азота, углерода, алюминия), но и в полупроводниках (диффузия носителей, вредных быстро диффундирующих примесей меди, натрия, водорода, железа), в технологии микроэлектроники (управляемое небыстрое введение легирующих примесей в полупроводники на малую глубину), адгезии пленок к поверхности и в других случаях. Диффундировать могут примеси, а также атомы двух контактирующих металлов.
Диффузия− движение частиц среды, приводящее к необратимому переносу вещества или к установлению равновесного распределения концентраций частиц данного сорта в среде.
В качестве диффундирующих частиц рассматривают молекулы, атомы, электроны проводимости, дырки, нейтроны и другие частицы. Диффузия в твердых веществах приводит к переносу атомов на расстояния,превышающие межатомные расстояния для данного вещества.
Частным случаем диффузии в чистом веществе или растворе постоянного состава, при котором диффундируют собственные частицы вещества, а его химический состав не меняется, является самодиффузия. При самодиффузии диффузионные перемещения частиц твердого вещества могут приводить к изменению его формы и к другим явлениям. Так, длительное воздействие сил поверхностного натяжения, тяжести, упругих, электрических и др. может привести к сращиванию двух пришлифованных поверхностей образцов одного и того же вещества, спеканию порошков, растягиванию образцов под действием подвешенного к ним груза (диффузионная ползучесть материалов) и др.
В отсутствие макроскопического движения среды диффузия молекул (атомов) определяется их тепловым движением. При наличии в среде стационарных перепадов температуры, электрических полей и т.п. диффузия приводит к установлению равновесного распределения концентраций, характеризуемого соответствующими градиентами (термодиффузия, электродиффузия и т.п.). В однородной системе (газ, жидкость) при молекулярной диффузии в отсутствие внешних воздействийдиффузионный поток (поток массы) пропорционален градиентуегоконцентрации. Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом диффузии. Коэффициент диффузии зависит от строения и структуры взаимодействующих веществ и особенно сильно — от температуры.
Механизм протекания диффузии может быть межузелъным, вакансионным, обменным и циклическим (рис. 4.16). Реализация того или иного механизма протекания диффузии определяется кристаллическим строением вещества и типом дефектов его кристаллической решетки. Так, доказано, что основным механизмом диффузии примесных атомов в твердых растворах замещения является вакансионный, а в твердых растворах внедрения − межузельный.
| Рис. 4.16. Схемы механизмов протекания диффузии: а – межузельный; б – вакансионный; в – обменный; г – циклический |
По геометрическому месту переноса атомов выделяют объемную, поверхностную (из внешней среды) и граничную (по границам зерен) диффузию. Для совершения элементарного акта диффузии атом должен преодолеть энергетический барьер. Наиболее легко диффузия протекает по поверхности и границам зерен, где сосредоточены дефекты кристаллического строения (вакансии, дислокации и др.).
Объемная диффузия в твердых веществах обусловлена перескоками атомов из одного положения в другое, относительно свободное.
Поверхностная диффузия связана или с переносом вещества на поверхность материала из внешней среды, или с поверхности материала во внешнюю среду, или на поверхность материала из его объема, или же в глубь материала с его поверхности (сорбционные процессы).
Сорбция − поглощение твердым телом или жидкостью какого-либо вещества из окружающей среды. Поглощающее тело называется сорбентом, поглощаемое − сорбтивом (сорбатом).
По месту поглощения атомов различают поверхность и объем. При этом сорбционные процессы, протекающие на поверхности, называются адсорбцией, а в объеме − абсорбцией. Сорбционные процессы избирательны и обратимы. Обратный процесс выделения поглощенного компонента называется десорбцией.
Адсорбция − поглощение вещества из газовой или жидкой среды поверхностным слоем твердого тела (адсорбента) или жидкости.
Абсорбция− поглощение какого-либо вещества из окружающей среды всей массой поглощающего тела (абсорбента). Абсорбция жидким абсорбентом какого-либо компонента из газовой смеси − растворение, из жидкой смеси − экстракция.
Природу диффузии по характеру сорбционных процессов рассматривают как физическую, если вещество при сорбционных процессах сохраняет все свои свойства, или как химическую (хемосорбция), если вещество в этих процессах вступает в реакции. При физической природе сорбционные процессы обусловлены ван-дер-ваальсовыми силами притяжения частиц окружающей среды к частицам вещества.
Диффузия молекул в полимерах отличается от диффузии в кристаллических веществах. Отличия обусловлены большими размерами и массой молекул полимеров и их малой тепловой энергией.
С процессом диффузии связаны структурные изменения в материалах, которые могут ухудшать их физические и механические свойства. Диффузия в значительной степени определяет кинетику физико-химических процессов, обусловливающих разрушение материалов, ползучесть, старение, коррозию и др. Адсорбция газов или жидкостей из внешней среды приводит к ухудшению диэлектрических свойств изоляционных материалов, понижает прочность металлов и изменяет другие свойства.
По геометрическому месту переноса атомов выделяют объемную, поверхностную (из внешней среды) и граничную (по границам зерен) диффузию. Для совершения элементарного акта диффузии атом должен преодолеть энергетический барьер. Наиболее легко диффузия протекает по поверхности и границам зерен, где сосредоточены дефекты кристаллического строения (вакансии, дислокации и др.).
Дата ____ Предмет
Естествознание Класс 5_ № урока ____
Тема урока: § 31 Строение вещества и диффузия
Цель: Ознакомить учащихся с атомным и молекулярным строением вещества и процессом диффузии в газах, жидкостях и твердых телах.
Раскрыть особенности строения различных веществ; ввести понятия: «молекулы», «атомы», «элементы».
Тип урока: сообщение новых знаний
Форма организации: традиционный с элементами интеграции.
Оборудование: 2 свечи – одна восковая, другая ароматизированная.
ХОД УРОКА
I. Организационный момент
Сегодня мы познакомимся со строением вещества и диффузией. Эта тема имеет значение, так как включает систему понятий, являющихся опорными для изучения таких учебных дисциплин, как химия, физика, биология, физическая география. От того насколько будет усвоен материал, зависит понимание таких вопросов, как факторы живой и неживой природы, среда обитания организмов, влияние на организм факторов природы, и в конечном итоге взаимосвязь и взаимозависимость тел неживой и живой природы, единство природы.
II. Объяснение нового материла.
1) Разбираем в беседе строение окружающих нас веществ. Даю понятия «атом», и «молекула». На стр. 53 нарисовано строение молекулы воды.
2) Разбираем «Движение частиц вещества»
3) Демонстрирую опыт с ароматизированной свечой. Опыт доказывает движение частиц в воздухе.
Молекулы в газах постоянно двигаются во всех направлениях. Благодаря этому мы ощущаем запах ароматизированной свечи, духов, цветов, бензина, краски и т.д.
Определение: Процесс распространения молекул в жидкостях и газах называют диффузией (в переводе с латинского – растекание, распространение)
Диффузия в жидкостях:
Пример: капнуть чернила в воду. Постепенно чернила смешиваются с водой и растекутся по всему стакану. Это происходит потому, что молекулы жидкости тоже всегда находятся в движении и ударяются друг о друга.
Молекулы газа движутся гораздо быстрее, чем молекулы жидкостей. Поэтому запахи и распространяются быстрее, чем чернила в воде.
Пример: Как животные и растения используют в своей жизни диффузию.
— Растения своим запахом привлекают насекомых опылителей;
— Волки метят свою территорию мочой;
— Медведи метят свою территорию мочой и царапают когтями;
— У слона, когда он влюбляется, начинают выделяться пахучие вещества железы за ушами, и все стадо слонов знает, этот слон влюбился;
— Английский зоолог Скотт жил в пустыне среди волков 3 месяца, ел мышей. Этим он хотел доказать, что волки могут питаться мышами и их не надо истреблять. Чтобы выжить ему пришлось, как волку метить свою территорию вокруг палатки мочой.
Опрос
1. Что такое физическое тело?
2. Какие бывают физические тела?
3. Приведите примеры различных веществ существующих в природе?
4. Приведите примеры как изменяются состояние веществ.
5. Дайте понятие массы.
6. В каких единицах измеряется масса?
7. Массу веществ измеряют с помощью весов. Какие бывают весы?
8. какое строение имеют учебные весы?
Домашнее задание: §31. Составить 15 утверждений «да», «нет».
Дата ____ Предмет
Естествознание Класс 5_ № урока ____
Рабочий лист учени____ 5Г класса_________________________________
Строение веществ. Диффузия
Все вещества состоят из отдельных мельчайших частиц:______________________________________
Молекулы состоят из ____________________________________________________________________
Молекулы одного и того же вещества в различных агрегатных состояниях _______________________
Диффузия – явление проникновения молекул одного вещества____________________________
ВЫВОД 1: Причина диффузии: _________________________________________________________
-
Диффузия в жидкостях.
-
Диффузия в твердых телах.
ВЫВОД 2. Молекулы веществ находящихся в _______________________ агрегатном состоянии, непрерывно двигаются, т. е. диффузия происходит и в ________________, и в _________________, и в _______________________________. В _________________________ быстрее всего.
ВЫВОД 3. Скорость диффузии _________________________________ с ростом температуры, так как молекулы взаимодействующих тел начинают двигаться быстрее.
Задание. Прочитайте текст «Диффузия» (4 варианта) и запишите применение диффузии в природе и жизни человека.
Диффузия в растительном и животном мире
Роль диффузии для человека
Применение диффузии на производстве
Вредные проявления диффузии
-
Диффузия в растительном и животном мире
Большую роль играют диффузные процессы в снабжении природных водоёмов и аквариумов кислородом. Кислород попадает в более глубокие слои воды в стоячих водах за счёт диффузии через их свободную поверхность. Поэтому нежелательны всякие ограничения свободной поверхности воды. Так, например, листья или ряска, покрывающие поверхность воды, могут совсем прекратить доступ кислорода к воде и привести к гибели ее обитателей
Большинство клопов, божьи коровки, некоторые листоеды используют для своей защиты резкие запахи. Запах клопов отвратительный, а божьи коровки выделяют желтую пахучую ядовитую жидкость. Передача запахов происходит посредством диффузии воздуха и пахучего вещества.
Также отпугивает своих обидчиков скунс. Осьминог выпускает чернильное пятно, чтобы спрятаться от неприятеля.
-
Роль диффузии для человека.
Процесс всасывания питательных веществ в кишечнике возможен благодаря диффузии.
А как же дышит человек? У человека в дыхании принимает участие вся поверхность тела – от самого толстого эпидермиса пяток до покрытой волосами кожи головы. Особенно интенсивно дышит кожа на груди, спине и животе. Интересно, что по интенсивности дыхания эти участки кожи значительно превосходят легкие. С одинаковой по размеру дыхательной поверхности здесь может поглощаться кислорода на 28% а выделяться углекислого газа даже на 54% больше, чем в легких. Однако во всем дыхательном процессе участие кожи ничтожно по сравнению с легкими, так как общая площадь поверхности легких, если развернуть все 700 млн. альвеол, микроскопических пузырьков, через стенки которых происходит газообмен между воздухом и кровью, составляет около 90-100 квадратных метров а общая площадь поверхности кожи человека около 2 квадратных метров, т. е, в 45-50 раз меньше.
Благодаря диффузии кислород из легких пpoникaeт в кровь человека, а из крови – в ткани.
-
Применение диффузии в быту:
Засолка и засахаривание, смешивание различных ингредиентов при приготовлении пищи, склеивание поверхностей.
Диффузия находит широкое применение в промышленности. На явлении диффузии основана диффузионная сварка металлов. Методом диффузионной сварки соединяют между собой металлы, неметаллы, металлы и неметаллы, пластмассы. Детали помещают в закрытую сварочную камеру с сильным разряжением, сдавливают и нагревают до 800 градусов. При этом происходит интенсивная взаимная диффузия атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов. Диффузионная сварка применяется в основном в электронной и полупроводниковой промышленности, точном машиностроении.
Для извлечения растворимых веществ из твердого измельченного материала применяют диффузионный аппарат. Такие аппараты распространены главным образом в свеклосахарном производстве, где их используют для получения сахарного сока из свекловичной стружки, нагреваемой вместе с водой.
На явлении диффузии основан процесс металлизации – покрытия поверхности изделия слоем металла или сплава для сообщения ей физических, химических и механических свойств, отличных от свойств металлизируемого материала. Он применяется для защиты изделий от коррозии, износа, повышения контактной электрической проводимости, в декоративных целях.
-
Вредные проявления диффузии.
Дымовые трубы предприятий выбрасывают в атмосферу углекислый газ, оксиды азота и серы. Избыток углекислого газа в атмосфере опасен для живого мира Земли, нарушает круговорот углерода в природе, приводит к образованию кислотных дождей. Процесс диффузии играет большую роль в загрязнении рек, морей и океанов. Годовой сброс производственных и бытовых стоков в мире равен примерно 10 триллионов тонн.
Для снижения выброса вредных газов из промышленных труб, труб тепловых электростанций устанавливают специальные фильтры. Для предупреждения загрязнения водоемов необходимо следить за тем, чтобы вблизи берегов не выбрасывался мусор, пищевые отходы, навоз, различного рода химикаты.
Домашнее задание учени____ 5Г класса_________________________________
Вредные проявления диффузии
Диффузия (от лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание) , перенос частиц разной природы, обусловленный хаотическим тепловым движением молекул (атомов) в одно- или многокомпонентных газовых либо конденсирированных средах.
Диффузия играет важную роль в различных областях науки и техники, в процессах, происходящих в живой и неживой природе. Диффузия оказывает влияние на протекание или определяет механизм и кинетику химических реакций (см. , например, Диффузионных пламен метод, Макрокинетика) , а также многих физико-химимических процессов и явлений: мембранных, испарения, конденсации, кристаллизации, растворения, набухания, горения, каталитических, хроматографических, люминесцентных, электрических и оптических в полупроводниках, замедления нейтронов в ядерных реакторах и т. д. Большое значение имеет диффузия при образовании на границах фаз двойного электрического слоя, диффузиофорезе (см. Электроповерхностные явления) и элекрофорезе (см. Электрокинетические явления) , в электрохимических методах анализа и процессах (см. , например, Диффузионный потенциал, Диффузионный ток) , в фотографических процессах для быстрого получения позитивного изображения и др. Тут ооочень все хорошо описано
Диффузия (от лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание) , перенос частиц разной природы, обусловленный хаотическим тепловым движением молекул (атомов) в одно- или многокомпонентных газовых либо конденсирированных средах.
Тема: «Строение вещества и диффузия». Урок №____ Дата________
Образовательная:
Познакомить обучающихся с существованием мельчайших частиц – атомами и молекулами, составляющих основу всех окружающих нас веществ в мире;
Ознакомить учащихся с опытными фактами, позволяющими сделать вывод о том, что молекулы всех веществ находятся в непрерывном движении;
Познакомить учащихся с явлением диффузии и сформулировать определение этого явления;
Выяснить, как протекает явление диффузии в газах, жидкостях и твердых телах;
С помощью ассоциативного ряда сравнений, сформировать в воображении учащихся представление о ничтожности размеров атомов и молекул в веществах;
Развивать умения сравнивать явление диффузии в газах, жидкостях и твердых телах;
Уметь анализировать данные явления и обосновывать причины, влияющие на быстроту протекания диффузии;
Развивать умения делать выводы;
Развивать речь, воображение и восприятие учащихся;
Развивать логическое мышление;
Развивать индивидуальные способности учащихся;
Развивать коммуникативные умения и навыки учащихся;
Способствовать стремлению учащихся к приобретению знаний и умений;
Стимулировать любознательность, познавательные интересы;
Развивать у учащихся трудолюбие, аккуратность.
Базовые понятия: атом, молекула, диффузия
Тип урока: изучение нового материала с применением ИКТ
Методы организации учебной деятельности, применяемые учителем на уроке:информационный, объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, частично-поисковый.
Формы организации учебной деятельности, применяемые учителем на уроке:индивидуально-самостоятельная, фронтальная.
Межпредметные связи: география, химия, физика, биология.
Учебник Абдиманапов Б. Ш. и др. «Естествознание», 5 класс, ресурсы интернета.
Средства: Мультимедийная доска, компьютер, проектор.
Программное обеспечение: презентация «Строение вещества и диффузия».
Деятельность учащихся
1. Организационный момент (2 минуты).
— Здравствуйте, ребята! (проверка отсутствующих)
Тема нашего урока звучит следующим образом«Строение вещества и диффузия».
познакомиться с такими понятиями, как «атом», «молекула»;
получить представление о существовании мельчайших частиц – атомов и молекул, составляющих основу всех окружающих нас веществ в мире;
познакомится с опытными фактами, позволяющими сделать вывод о том, что молекулы всех веществ находятся в непрерывном движении;
Познакомить с явлением диффузии и сформулировать определение этого явления;
Выяснить, как протекает явление диффузии в газах, жидкостях и твердых телах;
Тему урока учащиеся записывают в тетрадь.
2. Проверка ранее изученного материала (13 минут).
Дифференцированный опрос
У доски один из учеников отмечает из представленного списка слов «+» вещества, а тела – «*». На задание отводится 2-3 минуты.
В это время учитель выборочно спрашивает домашнее задание у учеников (Приведите примеры физических тел. Из каких веществ они состоят?).
Что называется «физическим телом»?
Дайте определение понятию «масса»?
Назовите единицы измерения массы?
Обучающиеся отвечают на вопросы учителя.
Проверка домашнего задания.
Физические тела – это то, что нас окружает (машины, дома, мебель, грушки и др.).
Вещества – это то, из чего состоят физические тела.
Масса – это количество вещества.
3. Актуализация знаний (2минуты).
Все в окружающем нас мире состоит из мельчайших частиц, которые невозможно увидеть нашим привычным зрением.
Древнегреческий философ Демокрит, живший около 470 года до новой эры, считал, что все тела состоят из бесчисленного количества сверхмалых, невидимых глазу, неделимых частиц. «Они бесконечно разнообразны, имеют впадины и выпуклости, которыми сцепляются, образуя все материальные тела, а в природе существуют только атомы и пустота».
4. Изучение нового материала (20 минут).
Все вещества состоят из отдельных мельчайших частиц: молекул и атомов.
Атом–это мельчайшая частица тела.
Атомы очень малы. Их невозможно разглядеть не только простым глазом, но и с помощью даже самого мощного оптического микроскопа. Глаз человека не способен разглядеть атомы и промежутки между ними, поэтому любое вещество кажется нам сплошным.
Молекулы –группа соединенных друг с другом атомов. Молекула — это мельчайшая частица вещества, обладающая свойствами этого вещества. Так, молекула сахара — сладкая, а соли — соленая.
Диффузия(от лат. – растекание, распространение) –процесс распространения молекул в жидкостях и газах.
Между молекулами в веществе существуют промежутки. Доказательствами существования промежутков служат изменение объема вещества, т.е. расширение и сжатие вещества при изменении температуры, и явление диффузии. Молекулы вещества находятся в непрерывном тепловом движении.
Если бы размер молекулы увеличить до размера точки в конце предложения в книге, то толщина человеческого волоса стала бы равна 40м, а человек,стоя на поверхности Земли, упирался бы головою в Луну! Если из детского резинового шарика, надутого и наполненного водородом (массой 3г), каждую секунду выпускать по 1 миллиону молекул, то понадобится 30 миллиардов лет! Если удалить пространство из всех атомов человеческого тела, то все, что останется, сможет пролезть через игольное ушко.
Тест по теме «Движение молекул»
1. К какому классу понятий относится диффузия?
Б) к физической единице измерения;
В) к физическому явлению.
2. Что является причиной явления диффузии?
3. В каком состоянии вещества диффузия протекает наиболее быстро?
4. Укажите пример диффузии в жидкостях:
А) спирт растворяется в воде.
Б) запах духов распространяется в комнате.
В) запах нафталина распространяется в воздухе.
5. Что является причиной увеличения скорости диффузии с ростом температуры тела?
А) увеличение скорости движения молекул.
Б) увеличение беспорядочности движения молекул.
В) увеличение промежутков между молекулами.
Работа с учебником (стр. 79).
Учащиеся в классе вместе работают, записывают определения.
5. Закрепление нового материала (5минут).
Веселые задачки
Рука золотой статуи в древнегреческом храме, которую целовалиприхожане, за десятки лет заметно похудела. Почему?
Почему появляются углубления в ступенях древних каменных лестниц?
Почему изнашиваются подметки у ботинок, и стираются до дыр локти пиджаков?
Обучающиеся на основе полученных знаний на уроке и ассоциативного мышления отвечают на заданные вопросы.
Примерные ответы учеников: в местах постояннного трения одного вещества о другое, происходит постепенное разрушение одного из веществ, это связано с тем, что атомы и молекулы как бы «отрываются» от вещества в том месте, где вещества взаимодействуют.
6. Подведение итогов (2 минуты).
Учитель всех благодарит за работу на уроке.
Веселые задачки
Давайте будем совместно делать уникальный материал еще лучше, и после его прочтения, просим Вас сделать репост в удобную для Вас соц. сеть.
28 Янв 2021 okberemena 210