Номер 10, страница 11, часть 1 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 1. Глава 1. Молекулярная теория строения вещества. Параграф 4. Движение молекул - номер 10, страница 11.

Условие.

10. Как можно ускорить диффузию?

Решение.

Диффузия – это процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму. Скорость этого процесса зависит от нескольких факторов, и, изменяя их, можно ускорить диффузию.

Повышение температуры

С увеличением температуры увеличивается средняя кинетическая энергия частиц (атомов, молекул, ионов). Это означает, что они начинают двигаться быстрее и хаотичнее. В результате частицы быстрее проникают в промежутки между частицами другого вещества. Например, сахар или соль растворяются в горячей воде значительно быстрее, чем в холодной. Скорость движения частиц напрямую связана с температурой, что можно увидеть из формулы для средней кинетической энергии теплового движения молекул: $E_k = \frac{3}{2}kT$, где $\text{T}$ – абсолютная температура, а $\text{k}$ – постоянная Больцмана.

Ответ: Повысить температуру.

Перемешивание

Механическое перемешивание (например, с помощью ложки или мешалки) или создание конвекционных потоков значительно ускоряет процесс распределения вещества в объёме. Перемешивание не является диффузией в чистом виде (этот процесс называется конвекцией), но оно помогает быстрее доставить частицы одного вещества в разные области другого, увеличивая площадь контакта и локальные градиенты концентрации, что в итоге ускоряет общий процесс смешивания.

Ответ: Перемешивать вещества.

Изменение агрегатного состояния

Скорость диффузии сильно зависит от агрегатного состояния вещества. В газах диффузия происходит быстрее всего, так как молекулы имеют большие скорости и слабые межмолекулярные связи, что позволяет им свободно перемещаться. В жидкостях диффузия происходит медленнее, чем в газах, а в твёрдых телах – ещё медленнее, так как частицы в них жёстко связаны и могут совершать лишь колебательные движения около положений равновесия. Таким образом, если это возможно, перевод вещества в газообразное или жидкое состояние ускорит диффузию.

Ответ: Использовать вещества в газообразном или жидком состоянии, а не в твёрдом.

Увеличение градиента концентрации

Скорость диффузии прямо пропорциональна градиенту (перепаду) концентрации. Чем больше разница в концентрациях между двумя областями, тем интенсивнее будет происходить перенос вещества из области с высокой концентрацией в область с низкой. Этот принцип описывается первым законом Фика. Например, если в одном конце комнаты распылить большое количество духов, их запах распространится быстрее, чем от одной капли.

Ответ: Создать большую разницу в концентрациях.

Уменьшение массы диффундирующих частиц

При одинаковой температуре более лёгкие частицы движутся быстрее, чем более тяжёлые. Согласно закону Грэма, скорость диффузии обратно пропорциональна квадратному корню из молярной массы вещества ($v \propto \frac{1}{\sqrt{M}}$). Поэтому вещества с меньшей молекулярной массой будут диффундировать быстрее.

Ответ: Использовать вещества с меньшей массой частиц.