ZŠ VNB IV / 07

Lekce IV / 07: Difúze

Cíl lekce:

Žáci se naučí, co je to difúze, jak probíhá a k čemu slouží. Objasní si tento pojem a zopakují si pojem hustota. Dále se dozví o koncentraci a jak se mění koncentrace v závislosti na množství rozpuštění látek.

Zeptejte se Vašich dětí:

Co je to hustota?
Můžete ovlivnit hustotu látky?
Co je to koncentrace?
Co je to difúze?
Čím může být ovlivněna rychlost difúze?
Co se stane se zrnkem barviva vhozeným do vody?
Co je výsledkem difúze?

Difúze

Difúze je proces rozptylování se částic v prostoru. Jednoduše můžeme difúzi definovat jako:

druh pasivního transportu
transport látky na základě náhodného termického pohybu jejích molekul nebo iontů
směrovaný pohyb pouze v přítomnosti koncentračního spádu

Veškeré látky mají tendenci přecházet z prostředí se svou vyšší koncentrací do prostředí s nižší koncentrací. Přirozenou vlastností látek je, že pokud se její částice mohou pohybovat, tak se rozptylují do celého prostoru, kterého mohou dosáhnout, a postupně ve všech jeho částech vyrovnají svou koncentraci. Říkáme, že látky difundují.

K difúzi dochází v různých skupenstvích, ve skupenství plynném, kapalném i pevném. Difúze je důležitým jevem ve velkém množství chemických, fyzikálních i biologických procesů. Difúze je důkazem neustálého neuspořádaného pohybu částic. Difúze je samovolné pronikání částic jedné látky mezi částice druhé látky. Příklady difúze: v plynech (navoněná osoba je po chvíli cítit po celé místnosti atd.) v kapalinách (obarvení čaje, rozpouštění manganistanu draselného ve vodě atd.) v pevných látkách (spojení dvou měděných drátků pájením atd.).

Jiná definice uvádí, že difúze je samovolný proces, během kterého jsou částice jedné látky rozptylovány v rozpouštědle. Pohyb jedné částice je v zásadě náhodný, ale v průměru dochází k přesunu látky z míst s vyšší koncentrací do míst s nižší koncentrací.

(Obrázek Blausen 0315 Diffusion od BruceBlaus [CC BY 3.0], via Wikimedia Commons)

Rychlost šíření částic je ovlivněna velikostí částic, teplotou i vlastnostmi prostředí. Během difúze se nespotřebovává energie. Výsledkem difúze, pokud do hry nevstupují další faktory, je rovnoměrné rozptýlení rozpuštěné látky v rozpouštědle. Matematicky popisují difúzi Fickovy zákony.

Látka se rozptyluje díky nárazům neustále se pohybujících částic (atomů či molekul) plynu či kapaliny. Difúze je tak zároveň elegantním důkazem existence atomů a molekul.

Difúze barviva ve vodě
(Obrázek Diffusion od JrPol [CC BY 3.0], via Wikimedia Commons)

Příkladem difúze mohou být látky, které se uvolňují z čajového sáčku, zalijeme-li jej horkou vodou. Není-li však voda teplá, látky se z lístků vůbec neuvolní, není-li teplá dost, látky se z něj částečně uvolní, ale nemají v některých případech dost energie pro svůj pohyb. Podle stejného zákona se bude chovat též cukr, přidáme-li jej později do tohoto čaje.

Difúzi také můžeme přirovnat k hromadě pingpongových míčků (pevná látka), kterou dáme na jedno místo doprostřed velmi rušného Václavského náměstí v Praze. Lidské davy (kapalina) budou neustále nárazy jednotlivých lidí (molekuly) rozptylovat míčky po náměstí. Za několik hodin budou míčky více méně rovnoměrně rozmístěny po náměstí.

Částice kapalin a plynů se pohybují ohromnou rychlostí. Rychlost difúze závisí na teplotě. Čím vyšší je teplota, tím je i vyšší rychlost pohybu částic. Při rychlejších pohybech budou i rychleji narážet do látek a rychleji je rovnoměrně rozmístí. Například při pokojové teplotě se molekuly vody pohybují průměrnou rychlostí 650 metrů za sekundu, tedy asi 2 300 kilometrů za hodinu. Je to velmi “slušná” rychlost, kterou bychom za velkou přestávku, tedy za dvacet minut, dojeli z Prahy až do Paříže.

Molekuly se však nepohybují přímočaře. Je jich totiž tak velké množství, že do sebe neustále narážejí. Například při pokojové teplotě do molekuly vody narazí za jednu vteřinu ostatní molekuly vody ne dvakrát či třeba pětkrát, ale nejméně sto miliardkrát!!!!! Připomeňme si, že miliarda je tisíckrát větší než milión, že je to tedy číslo s devíti nulami nebo jinak řečeno je to stokrát více, než je obyvatel naší republiky.

Shrnutí difúze

difúze je přenosový děj, při němž dochází k přemístění difundující látky základním materiálem - většinou z míst, kde je difundující látky více do míst, kde je jí méně (koncentrační spád)
difúze se uskutečňuje pomocí velkého počtu náhodných přeskoků atomů nebo iontů, jejichž výsledkem je statistické zmenšení koncentračních rozdílů
difúze je děj samovolný (spontánní), nevratný, tepelně aktivovaný (Arrheniova rovnice)
cíl (konec) přenosového děje = vyrovnání rozdílů v koncentraci, dosažení rovnováhy

Základní druhy difúze

(Obrázek Blausen 0213 CellularDiffusion od Blausen.com staff. "Blausen gallery 2014". Wikiversity Journal of Medicine. DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 20018762. [CC BY 3.0], via Wikimedia Commons)

Difúze pevné látky v roztoku a dvou různě koncentrovaných roztoků

Difúze umožňuje pohyb látek uvnitř buněk a tím látkovou výměnu. V živých organismech hrají významnou roli další faktory, např. elektrický náboj částic nebo transport přes polopropustné membrány, přesný výpočet rychlosti je pak složitý.

Difúze pevné látky v roztoku a dvou různě koncentrovaných roztoků

Difúze barviva v roztoku a dvou různě koncentrovaných roztoků
(Obrázek Difůze od VNB)

Difúze přes buněčnou membránu
(Obrázek Scheme simple diffusion in cell membrane-en (upraveno) od LadyofHats Mariana Ruiz Villarreal [Public domain], via Wikimedia Commons)

Pokud vás téma zaujalo a chcete se dozvědět více: