დიფუზია – საოცარი მოვლენა

იცოდით, რომ ჩრდილოამერიკულ მგელს ადამიანზე 1000-ჯერ მახვილი ყნოსვა აქვს? ის მსხვერპლს 2,5 კმ-ზე გრძნობს. ამის მიზეზი კი ის არის, რომ მგელს ცხვირში 50-ჯერ მეტი ყნოსვითი რეცეპტორი აქვს, ვიდრე ადამიანს და თუ მგლის ცხვირის ლორწოვან გარსს წარმოსახვით სიბრტყეზე წარმოვიდგენთ, ის დიდი მისალოცი ბარათის ზომისა აღმოჩნდება. ქათმისოდენა ახალზელანდიურ კივის ფრენა არ შეუძლია და საკვების პოვნას მხოლოდ მახვილი ყნოსვით ახერხებს. ის ღამით ტყის ნიადაგში 3 სმ სიღრმეზე გრძნობს ჭიაყელას სუნს და ადვილად პოულობს მას. აქაც ფიზიკასთან გვქონია საქმე. შევეცადოთ, ავხსნათ ეს მოვლენები ნივთიერების აღნაგობის გათვალისწინებით.

მოლეკულებისა და ატომების გაცნობის შემდეგ მოსწავლეები აუცილებლად დაინტერესდებიან, როგორ იქცევიან ეს ნაწილაკები აირებში, სითხეებში, მყარ სხეულებში, ხომ არ განაპირობებენ სხვადასხვა პირობებში (მაგალითად, სხვადასხვა ტემპერატურაზე) მოთავსებული სხეულის განსხვავებულ თვისებებს; დაუკავშირებენ ფიზიკურ მოვლენებს ნივთიერების დისკრეტულ აღნაგობას და შეეცდებიან, ახსნან ესა თუ ის მოვლენა ატომებისა და მოლეკულების განლაგებითა და მოძრაობით.

თუ გავიხსენებთ, რომ ნივთიერების მოლეკულები განუწყვეტლივ მოძრაობენ და მათ შორის შუალედებია, ადვილი მისახვედრი გახდება, რომ ჰაერში გაფრქვეული სუნამოს მოლეკულები მოძრაობის დროს ეჯახებიან ჰაერის შემადგენელი აირების მოლეკულებს, მრავალჯერ იცვლიან მოძრაობის მიმართულებას და ამიტომ მთელ ოთახში იფანტებიან.

პირველ სურათზე წარმოდგენილია ბალონებში ჟანგბადისა და წყალბადის მოლეკულების ურთიერთშერევა ონკანის მოშვებამდე, მოშვებისას და მოშვებიდან რამდენიმე წუთის შემდეგ.

სურ. 1. დიფუზია აირებში

 

იმავე მოვლენასთან გვაქვს საქმე ჩაის ფერისა და შაბიამნის წყალხსნარის წყლში შერევისას.

შემხები ნივთიერებების ურთიერთშეღწევას, რომელიც ნივთიერების ნაწილაკების ქაოსური მოძრაობის შედეგია, დიფუზია ეწოდება (ლათინური სიტყვიდან „განღვრა“, „გავრცელება“). დიფუზია მიმდინარეობს მყარი და თხევადი ნივთიერებების შერევის დროსაც. მაგალითად, წყლიან ჭიქაში კალიუმის პერმანგანატის ან შაბიამნის ნამცეცის მოთავსებისას დავინახავთб როგორ შეიღებება წყალი (სურ. 2).

სურ. 2. შაბიამნის კრისტალის დიფუზია წყალში

 

მყარი და თხევადი ნივთიერებების დიფუზიაა ასევე წყალში შაქრის ან მარილის გახსნა (სურ. 3).

სურ. 3. დიფუზია მყარ და თხევად სხეულებში

 

ცდებით დგინდება, რომ დიფუზია აირებში უფრო სწრაფად მიმდინარეობს, ვიდრე სითხეებში. რით შეიძლება აიხსნას ეს? თუ გავიხსენებთ, რომ აირის მოლეკულებს შორის მანძილი გაცილებით მეტია, ვიდრე სითხეებში, ყველაფერი გასაგები გახდება. აირებში, ნაწილაკებს შორის არსებული მეტი სივრცის გამო, ნივთიერებათა მოლეკულების შერევის მეტი შესაძლებლობაა, ვიდრე სითხეებში. რეალურად, დიფუზიის დროს ერთი ნივთიერების ნაწილაკები აღწევენ მეორე ნივთიერების ნაწილაკებს შორის არსებულ სივრცეში.

კიდევ უფრო ნელა მიმდინარეობს დიფუზია მყარ სხეულებს შორის. ცნობილია ასეთი ცდა: კარგად გაპრიალებული (გლუვი) ზედაპირების მქონე ტყვიისა და ოქროს ფირფიტები ერთმანეთზე დააწყვეს და ზემოდან მძიმე ტვირთი დაადეს. ხუთი წლის განმავლობაში ფირფიტებს შორის წარმოიქმნა ტყვიისა და ოქროს ნარევის 1 მმ სისქის ფენა (სურ. 4).

სურ. 4. დიფუზია მყარ სხეულებში

 

როგორ გავზარდოთ დიფუზიის სიჩქარე? გავიხსენოთ, რომ შაქარი ან მარილი ცხელ წყალში უფრო სწრაფად იხსნება, ვიდრე ცივში და ამის ახსნა ვცადოთ, ტემპერატურის მატება მოლეკულების მოძრაობის სიჩქარეს დავუკავშიროთ. მართლაც ასეა. ნივთიერების ტემპერატურის მატება ხომ ნაწილაკების ენერგიის ზრდას უნდა ნიშნავდეს, ანუ ნაწილაკი მეტად „ენერგიული“ უნდა გახდეს და მეტი სიჩქარით იმოძრაოს. შესაბამისად, ტემპერატურის მომატებით ნივთიერებათა შერევის მეტი შესაძლებლობა ჩნდება.

ნივთიერებათა თავისთავადი შერევის პროცესს, როდესაც დიფუზია მხოლოდ ერთი მიმართულებით მიმდინარეობს, ოსმოსი ეწოდება.

განვიხილოთ ცდა: წყალში ჩავუშვათ შაქრით სავსე პერგამენტის პარკი. რამდენიმე წუთში პარკი წყლით აივსება და შაქარი წყალში გაიხსნება (ნახ. 4).

 

 

 

 

ნახ. 4. ოსმოსის მოვლენის მექანიზმი

 

ავხსნათ ეს მოვლენა. სურათზე ჩანს, რომ პერგამენტის (მას შეიძლება მემბრანა ვუწოდოთ) ვიწრო ფორებში წყლის მოლეკულები გადის, შაქრის მოლეკულები კი ვერა. ხომ არ არის ეს განპირობებული წყლისა და შაქრის მოლეკულების განსხვავებული ზომით? დიახ, ნამდვილად ასეა. წყლის მოლეკულა შეიცავს ერთ ატომ ჟანგბადს და ორ ატომ წყალბადს, შაქრის მოლეკულა კი გაცილებით დიდია: იგი შეიცავს ნახშირბადის თორმეტ, წყალბადის ოცდაორ და ჟანგბადის თერთმეტ ატომს. წყლის მოლეკულა შედარებით პატარაა, ის გაივლის პერგამენტის კედლის ფორებს და შეაღწევს შაქრიან პარკში. მას უკან, საპირისპირო მიმართულებითაც შეუძლია მოძრაობა. შაქრის მოლეკულა კი დიდია და პერგამენტის პარკიდან გარეთ, წყალში ვერ გამოდის. სწორედ ამით აიხსნება დიფუზიის ერთი მიმართულებით (წყალი  შაქარი) მიმდინარეობა. ნახაზზე სწორედ ოსმოსის შემთხვევაა წარმოდგენილი.

განსაკუთრებული როლი აკისრია ოსმოსს ცოცხალ ბუნებაში – ჟანგბადი ადამიანის ორგანიზმში ოსმოსურად – კანის გავლით აღწევს. ოსმოსის გზით მიმდინარეობს საკვები ნივთიერებების გადასვლა ცოცხალი ორგანიზმის სისხლში (სურ.5), საკვები ნივთიერებების შეღწევა ნიადაგიდან მცენარის ფესვებში.

სურ. 5. ოსმოსი უჯრედში

 

ასევე მნიშვნელოვანია დიფუზია წარმოებაში. ლითონების შეერთებას, შედუღებას, ქრომირებას, მონიკელებას სწორედ დიფუზია უზრუნველყოფს. დიფუზია ხელს უწყობს აგრეთვე ატმოსფერული ჰაერის შემადგენლობის ერთგვაროვნებას დედამიწის ზედაპირთან, რაც განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია სასიცოცხლო პროცესებისთვის.

ახლა უკვე გასაგებია, რომ იმ ნივთიერების მოლეკულებმა, რომლებიც ჩრდილოამერიკული მგლის ან ახალზელანდიური კივის მსხვერპლის კანიდან აორთქლდა, ჰაერში დიფუზიის საშუალებით მიაღწია მტაცებლის მახვილ ყნოსვის ორგანომდე და ოსმოსის საშუალებით აღაგზნო მისი რეცეპტორები.

ამრიგად, დიფუზიის მოვლენის შესწავლით, ყოფა-ცხოვრებიდან მოყვანილ მაგალითებზე დაკვირვებით, მოვლენების მიზეზშედეგობრივი ანალიზით და გამოტანილი დასკვნებით მოსწავლეები სიღრმისეულად გაიზრებენ ორ უმნიშვნელოვანეს ფაქტს: ნივთიერება ნამდვილად შედგება უმცირესი ნაწილაკებისგან (მოლეკულებისა და ატომებისგან) და ეს ნაწილაკები მუდმივად მოძრაობენ (XI კლასი, მოლეკულურ-კინეტიკური თეორიის  I და II დებებულებები).

 

გამოყენებული რესურსები:

  1. ილუსტრაციები დიფუზიის და ოსმოსის შესახებ

https://www.askwillonline.com/2017/07/osmosis-biology.html

  1. ა. პერიშკინი, ნ. როდინა. ფიზიკა, VII კლასი. 1989 წ.
  2. ელენე სურგულაძე, მანანა კასრაძე. ფიზიკა, VII კლასი, 2003 წ.
  3. გიორგი გედენიძე, ეთერ ლაზარაშვილი. ფიზიკა, VII კლასი. 2001 წ.

კომენტარები

comments