Диффузия в газах

“ Далее запахи мы обоняем различного рода

Хоть и не видим совсем, как в ноздри они проникают.

……………………………………………………… .

Но это все обладает, однако, телесной

природой,

Если способно оно приводить наши чувства в

движенье ”

- Лукреций Кар “ О природе вещей ”

Диффузия в газах. Феромоны.

Авторы работы:

учителя ГБОУ № 301

Сморгова С.А. (физика)

Толмачева Н.Р. (биология)

• диффузия от лат. Diflusio- распространение, растекание, рассеивание.
• Перенос частиц разной природы, обусловленный хаотическим тепловым движением молекул (атомов) в одном –или многокомпонентных газовых или конденсирующих средах

Диффизия- распространение тел друг в друга, результатом чего является полная однородность системы, в начале разнородной -вызывается неоднородностью взятой системы и оканчивается по достижению ее однородности (для постоянных температур) - неравенство температур вызывает диффузию в однородной системе.

Предоставленная сама себе неравновесная система приходит к равновесию.

Механизм диффузия в газах

V жидкости V тв. телах ) Вывод: молекулы газов движутся быстро, но распространяются не мгновенно т.к. молекулы движутся среди молекул воздуха, которые тоже непрерывно и хаотический движутся. Пример: диффузии в газах- распространение запаха" width="640"

Закономерности явления диффузии

• Разная скорость диффузии в различных состояниях вещества( V газах V жидкости V тв. телах )

Вывод: молекулы газов движутся быстро, но распространяются не мгновенно т.к. молекулы движутся среди молекул воздуха, которые тоже непрерывно и хаотический движутся.

Пример: диффузии в газах- распространение запаха

- скорость диффузии связанна с температурой

вещества, пропорционально разности концентрации,

площади поперечного сечения образца, средней

скорости движения молекул, зависит от массы молекул.

- диффузия необратимый и самопроизвольный процесс

- диффузия фундаментальное явление природы

Использование диффузии

• Для разделения газовых смесей
• Разделение изотопов

(Процесс невозможно провести химическими методами т.к. химические свойства изотопов совершенно одинаковы. Пример : Природный водород состоит из 99,985 % легкого изотопа протия и из 0,015% тяжелого изотопа дейтерия)

Благодаря диффузии окружающая нас атмосфере ( по крайней мере ее нижний слой- тропосфера) представляет собой однородную смесь азота, кислорода, углекислого газа, небольшой примеси инертных газов и паров воды. При отсутствии диффузии произошло бы расслоение атмосферы под действием F тяж.

Инертный газ

N 2

O 2

CO 2 угл.газ

Эксперимент диффузия в газах

• Толстостенный стальной цилиндр разделен перегородкой с клапаном на две части. В боковых стенках- запальные свечи, между электродами которых может создаваться искра. Искра не вызывает взрыва т.к. кислород отделен от водорода. Откроем клапан : через некоторое время газы перемешаются и искра вызовет взрыв смеси- гремучего газа. (Тяжелый кислород поднимается вверх, а водород который легче кислорода в 16 раз опускается вниз. Следовательно газы двигались вопреки действию поля силы тяжести)

Практическая работа

Наблюдение явления диффузии

Приборы и материалы : Пробирка с ватой, смоченной спиртом, пробирка с кристалликами перманганата калия, пробирка с водой, стакан, лист бумаги.

Порядок выполнения работы

1 Откройте на короткое время пробирку с ватой, смоченной спиртом .Что вы почувствовали ? Как можно объяснить распространение запаха с точки зрения молекулярного строения вещества ?

2 Смочите часть листа бумаги водой, положите на увлажненное место кристаллик марганцовки. Что вы наблюдаете вокруг него ?

3 Ответьте на вопросы :

• Где быстрее происходит диффузия : в жидкостях или газах ?
• О чем свидетельствует явление диффузии ?

Человек получает информацию:

90 % через зрение

5% через слух

2% через обоняние

Обоняние самое древнее и важнейшее чувство

Выработка и восприятие летучих веществ –это максимально распространенная и до определенных условии достаточно надежная форма общения между источником сигнала и адресатом

«Нос всему голова»

Самая молодая дисциплина – ольфактроника

Наука о запахах и возможности их применения в быту, промышленности и в нашей повседневной жизни

(ведущим механизмом переноса запаха является диффузия )

Характер влияния запаха на человека

Освежающие (успокаивающие)

Стимулирующие положительные эмоции

Притупляющие восприятие

Вызывающие состояние нервной возбудимости

Вызывающие отвращение

«Безразличных запахов не существуют»

Все запахи эмоционально окрашены, все вызывают

те или иные эмоциональные переживания,

способны управлять настроением и работоспособностью, пробуждают память, и не логическую,

а именно эмоциональную.

Чувствительность к запахам строго индивидуальна.

Открыта тайна химической регуляции

поведения человека, животных и растении

- феромоны

Phero - несу

Hormao - возбуждаю

Феромоны

– биологические маркеры, собственного вида, летучие хемосигналы, управляющие нейроэндокринными поведенческими реакциями, процессами развития, а также многими процессами, связанными с социальным поведением и размножением

Открытие – 1956 год

Авторы: группа немецких ученых под руководством Адольфа Бутенандта

Работа: выделение из желез самок шелкопряда вещества привлекающего самцов того же биологического вида. (вещество назвали бомбикол)

Для получения 4мг феромона шелкопряда понадобилось 313000 насекомых.

Свойства феромонов :

- имеют небольшую молекулярную массу

-обладают хорошей летучестью

-запахом не обладают «свежесть и чистота»

-быстро разрушаются в воздухе

-смываются водой

-обладают различной степени прочности (могут сохранятся на расстоянии нескольких км не менее одного часа)

-не принадлежат к одному классу химических соединении (самый простой «сигнальный агент» диоксид углерода, углекислый газ – СО 2;

в «первичный источник власти» входят 8 компонентов)

Классификация феромонов по воздействию

• Релизеры

• Праймеры

Побуждают особь к немедленным действиям (используются для привлечения брачных партнеров, сигналов об опасности)

Формирование определенного поведения и влияния на развитие особей (феромон выделяемый пчелой-маткой подавляет половое развитие других пчел-самок, превращая их в рабочих пчел )

Классификация феромонов по направленности

1. половые - эпагоны (афродизиаки)

2. метки пути – одмихнионы (указывающие дорогу к дому, метки на границах индивидуальных территорий)

3. смена пола – гонофионы

4. поведение – этофионы

5. половое созревание – гамофионы

6. страха и тревоги – торибоны

7. маскирующих животных под другой вид - лихневмоны

Запахи в жизни человека, насекомых и растении

• Читать послания феромонов умеют 98% людей, но только 15 % мужчин и 27 % женщин выделяют повышенное количество феромонов в окружающую среду ( это те мужчины и женщины, которых называют «сексапильными»,

т.е. обладающими особой

сексуальной

привлекательностью)

• Полицейские отличающиеся тонким обонянием чувствуют запах страха исходящий от преступника

• Слепой пианист Д. Ширинг на запах мог определить степень привлекательности вошедшей в комнату дамы.
• Многие с завязанными глазами безошибочно отберут одежду, принадлежащую их сексуальному партнеру
• Каждая семья общественных насекомых имеет свой общий, только ей свойственный запах (распространено использование чужих запахов в качестве фальшивых пропусков)
• У шелкопрядов и других видов бабочек самцы по запаху разыскивают самок (рекорд по дальности обнаружения – 11км).

• Метод распознавания взрывчатых веществ по запаху ( на взрывчатку натаскивают самых обычных пчел и моль - обнаруживают в 99% случаев)
• У тараканов можно развить условные рефлексы «собаки Павлова»
• Трутни находят королеву улья на расстоянии до 60 м «феномен свиты королевы», это же феромен задерживает репродуктивный рост рабочих пчел и заставляет их трудиться в улье и собирать нектар

• Змеи самцы в период спаривания испускают запах самки. В то время, как их конкуренты уползают по ложному следу, они спокойно направляются к своей избраннице
• Аронник (самое вонючее растение в мире)

«аромат» которого напоминает запах гниющего мясо воняет потому, что ему нужны мухи для размножения

Классификация феромонов по способам использования

Потенциально эффективные средства управления животными

В сельском хозяйстве для борьбы с с.х. и лесными вредителями ( “ феромонные ловушки ” , “ самцовый вакуум ” )

Парфюмерия продукты усиливающие привлекатель-ность у противопо-ложного пола на подсознательном уровне

Задачи по биологии

• Задача 1 Выруби елку!
• Проблема, где достать елку к Новому году, актуальна не только у нас. И, к сожалению, некоторые достают елку, просто вырубая ее в лесу у шоссе. Убытки огромны. Что делать? Не сторожить же огромные массивы леса?
• Задача 2. Трещины в трубопроводе
• Бесконечная нить газопровода пересекает огромные пространства. Время от времени в трубе образуются микротрещины. Их важно быстро обнаружить. Строить дорогостоящие системы с многими тысячами датчиков? А можно ли сделать так, чтобы природа сама подсказывала место утечки газа?
• Задача 3. Псы и коты
• Факт: псы «от века» любят гоняться за котами, домашними птицами. Но в Голландии хозяину пса за каждого обиженного кота надо платить солидный штраф. Как поступить хозяину собаки, чтобы не держать ее все время на поводке?
• Задача 4. Нематода и картошка
• Весна. Колхозники готовят картошку для посадки, а на поле с прошлого года затаился вредитель — нематода. В своих коконах они могут ждать не один год, а как только почувствуют запах картофельного сока из поврежденных при посадке клубней, вылезут из коконов и доберутся до лакомства — картошки. Можно обработать поля химическим средствами, но к ним вредители приспосабливаются. К тому же это вредно и для людей и животных. Как быть?

• Задача 5. Защита крестьянского добра
• Сибирь. Гражданская война. В любой момент в село может нахлынуть вооруженная конница. Их цель — продовольствие. Правда — одно хорошо — быстро нахлынут, но и быстро схлынут. Как рачительным хозяевам не допустить непрошенных гостей на лошадях на свой двор? Вооруженные действия бессмысленны — в бою налетчики более умелые...
• Задача 6 Мотылек на носу
• В кинофильме «Маленький принц говорит» требовалось, чтобы стая мотыльков послушно уселась на нос героини. Мультипликация — по ряду причин — недопустима. Как это сделать с недрессируемыми мотыльками?
• Задача 7 Конкуренты не шутят
• Начинающий коммерсант в Колумбийском городе Маракайбо, решил открыть магазин готового платья. Накануне открытия он получил анонимное письмо следующего содержания: «Одумайся, пока не поздно, мы шутить не будем». Тот только посмеялся над угрозой.
• Прошло два дня, и в магазин потянулись возмущенные покупатели. Интересно почему? Ведь одежда то хорошая! Ждём ваших гипотез.

Решение задач

• Решение задачи 1 Выруби елку!
• В Германии решили проблему так: деревья у шоссе опрыскивают специальным препаратом, запах которого отвратителен. Правда, в холодную погоду он не ощутим. А вот в закрытом и теплом человеческом жилище встречать Новый год придется в противогазе...
• Решение задачи 2. Трещины в трубопроводе
• В Чехословакии над газопроводом высаживают люцерну. При воздействии даже малейшего количества газа люцерна меняет свой рост и цвет. С вертолета делают снимки посевов и так определяют место утечки.
• В США работники газопроводов для выявления утечек газов из труб, используют обоняние грифов-индеек. С этой целью в природный газ добавляют химическое вещество с запахом тухлого мяса. В случае утечки, грифы, питающиеся падалью, начинают кружиться над местом утечки. Обходчику легко заметить крупных птиц (размах крыльев до двух метров) и найти место утечки.
• Решение задачи 3. Псы и коты
• А. Одно из направлений решения: мгновенное предупреждение кота об опасности, исходящей от собаки.
• В Голландии на шею псам вешают позванивающие колокольчики: только двинувшись в сторону зазевавшегося кота, они звуком колокольчика сами предупреждают его об опасности.
• Б. Другое направление решения:
• Разрушьте вредное действие — желание собаки гоняться за котами и птицей. Измените восприятие собакой окружающего мира. Используйте запаховый и акустический канал — посредник — запах и звук, например, ультразвук.
• Французская фирма «Динавет» выпускает собачьи ошейники, останавливающие лай. Звук лая улавливается микрофоном — из коробочки под ошейником выбрасывается струйка эфирного масла, запах которого напоминает лимон. Собака от неожиданности замолкает и начинает принюхиваться, гадая, откуда пахнет.

• Решение задачи 4. Нематода и картошка
• За несколько дней до посадки картофеля поля поливают водой, смешанной с соком подгнившей картошки.
• Решение задачи 5. Защита крестьянского добра
• Жители натирали ворота медвежьим салом — лошади храпели, упрямились и не шли во двор — боялись запаха медведя.
• Решение задачи 6 Мотылек на носу
• На нос героине побрызгали капельку феромонов (половых гормонов бабочек) и все произошло как нужно.
• Решение задачи 7 Конкуренты не шутят
• Возмущенные покупатели в карманах купленной одежды обнаружили блох, клопов, тараканов и других неприятных насекомых
• Еще решение — конкуренты обрызгали одежду специальным раствором. Стоило чуть повыситься температуре одежды, как вещество стало разлагаться и отвратительно пахнуть.

• “ Скоро путешественники оказались среди необозримого макового поля. Запах мака усыпляет, но Элли этого не знала и продолжала идти, беспечно вдыхая сладковатый и усыпляющий аромат… Веки ее отяжелели, и ей ужасно захотелось спать ”

- А.М. Волков. Волшебник Изумрудного города

Задачи по физике

• Молекула кислорода при комнатной температуре за 5с пролетает путь 2500 метров. Какова ее средняя скорость ?
• Надули два воздушных шарика : один оставили в комнате, другой поместили в холодильник. Какие различия в изменений объемов шариков мы будем наблюдать? С чем это связано? Ответ поясните.

3. Почему дым от костра, поднимаясь вверх, быстро перестает быть видимым даже в безветренную погоду?

4. Природные горючие газы не имеют запаха, поэтому в них добавляют специальные пахучие вещества-одоранты. Для чего это делают ? На каком физическом явлении основано действие таких одорантов ? Объясните, почему достаточно нескольких граммов одоранты на тысячи кубических метров газа, чтобы придать ему запах ?

5. Открытый сосуд с эфиром уравновесили на весах и оставили в покое. Через некоторое время равновесие весов нарушилось. Почему ?

6. Какую роль играет диффузия в очистке воздуха от выхлопных газов автомобильного дыма и других вредных для здоровья примесей ?

Народные поговорки

“ Овощной лавке вывеска не нужна ”

/Японская/

“ Тухлое яйцо портит всю кашу ”

/Немецкая/

“ Ложки дегтя и бочку меда испортит ”

/Русская/

“ Нарезанный лук сильнее пахнет ”

/Мальгашская/

Задачи по физике по теме «Газовые законы»

• Примечание. Полупроницаемые называются перегородки (мембраны), через которые одни вещества могут проникать, а другие не могут. Так, через некоторые животные плёнки может проникать вода, а сахар и другие органические вещества, имеющие более крупные молекулы, не проникают. Существуют полимерные плёнки, проницаемые для гелия и непроницаемые для водорода. Некоторые металлы, например палладий, проницаемы только для водорода и непроницаемы для других газов.
• Когда с обеих сторон от перегородки установятся (при одинаковых температурах) равные давления проникающего через неё газа, потоки газа в обе стороны выравниваются, и устанавливается динамическое равновесие. Другие газы при этом не проникают через перегородку, их парциальные давления, а следовательно, и полные давления по разные стороны от перегородки могут быть различными.

• • Сосуд объёма V =2 дм3 разделён на две равные части полупроницаемой неподвижной перегородкой. В первую половину сосуда введена смесь m а=20 г аргона и m в=2 г водорода, во второй половине – вакуум. Через перегородку может диффундировать только водород. Какое давление установится в первой половине сосуда после окончания процесса диффузии? Во время процесса поддерживалась температура t =20 C .
• • Сосуд, заполненный смесью водорода и гелия, отделен от равного ему по объёму откаченного сосуда полупроницаемой неподвижной перегородкой, свободно пропускающей только молекулы гелия. После установления равновесия давление в первом сосуде упало на 10 %. Определить отношение масс гелия и водорода. Во время процесса температура поддерживалась постоянной.
• • Одинаковые массы водорода и гелия поместили в сосуд объёма V 1, которые отделён от откаченного сосуда объёма V 2 полупроницаемой неподвижной перегородкой, свободно пропускающей только молекулы водорода. После установления равновесия давление в первом сосуде упало в два раза. Определить отношение V 2/ V 1. Во время процесса температура поддерживалась постоянной.
• • Цилиндр разделен подвижным, хорошо проводящим тепло поршнем на две части. В начальный момент справа от поршня находится m =32 г кислорода, слева – смесь гелия и водорода. Поршень при этом расположен посередине сосуда. Поршень, непроницаемый для водорода и кислорода, оказался проницаемым для гелия. Началась диффузия гелия через поршень, в результате чего поршень начал перемещаться и окончательно расположился на расстоянии, равным 1/4 длины цилиндра (считается от левого днища). Определить массы гелия и водорода в цилиндре.