Przeczytaj
Warto przeczytać
Na czym polega rozchodzenie się zapachów?
Cząsteczki substancji zapachowych, które znajdują się w powietrzu, biorą udział w nieustannym, chaotycznym ruchu. Wartości i kierunki ich prędkości zmieniają się w ciągłych zderzeniach z innymi cząsteczkami, przez co żaden kierunek ruchu nie jest wyróżniony. Mówimy, że rozkład kierunków prędkości cząsteczek jest izotropowy (Rys. 1a.).
Cząsteczki substancji zapachowych na skutek zderzeń z innymi cząsteczkami przemieszczają się coraz dalej od źródła zapachu. Droga przebyta przez cząsteczkę jest jednak znacznie dłuższa niż odległość, na jaką ta cząsteczka dociera. Dzieje się tak, ponieważ, na skutek ciągłych zderzeń, cząsteczki poruszają się po linii łamanej (Rys. 1b.). Jeśli więc pies wyczuł zapach w odległości jednego kilometra od źródła zapachu znaczy to, że cząsteczki substancji zapachowych przebyły drogę liczącą wiele kilometrów.
Dyfuzja zachodzi w gazach, cieczach i ciałach stałych. Dyfuzja w ciałach stałych jest bardzo powolna i nie można jej bezpośrednio obserwować. Za to możemy obserwować dyfuzję w gazach i cieczach.
Zjawisko samorzutnego rozprzestrzeniania i mieszania się cząsteczek różnych substancji nazywamy dyfuzją.
Zjawisko dyfuzji można obserwować nie tylko w gazach, ale też w cieczach, a nawet w ciałach stałych.
To właśnie dyfuzja powoduje, że w powietrzu rozchodzą się zapachy, ale także zanieczyszczenia powietrza wydobywające się z kominów. Procesy takie, jak słodzenie herbaty, mieszanie mleka z wodą, czy rozprzestrzenianie się ścieków, to również przykłady dyfuzji.
Dyfuzja powoduje wyrównywanie się stężeństężeń substancji zawartych w gazach lub cieczach. Po wyrównaniu stężeństężeń dyfuzja nie ustaje. Trwa ona nadal, choć dzięki dokładnemu wymieszaniu wszystkich składników, nie prowadzi już do zmian stężenia.
Od czego zależy szybkość dyfuzji?
Średnia energia kinetyczna cząsteczek jest wprost proporcjonalna do temperatury w skali bezwzględnejskali bezwzględnej. Im wyższa jest temperatura, tym szybciej poruszają się cząsteczki i tym szybciej rozprzestrzeniają się i mieszają w zjawisku dyfuzji.
Dyfuzja zachodzi szybciej w wyższej temperaturze.
To właśnie dlatego przykry zapach z przepełnionych śmietników jest szczególnie uciążliwy w czasie letnich upałów, a znacznie mniej go odczuwamy podczas mrozów.
Dzięki dyfuzji nie tylko odczuwamy zapachy, czasem niemiłe, a czasem przyjemne, jak w ogrodzie pełnym kwiatów. To zjawisko jest też odpowiedzialne za rozprzestrzenianie się chorób drogą kropelkową. Bakterie lub wirusy zawarte w drobnych kropelkach śliny o średnicach rzędu 20‑300 mikrometrów dostają się do powietrza podczas kaszlu lub kichania, a następnie rozprzestrzeniają się na znaczne odległości w zjawisku dyfuzji. W ten sposób zarazki przenoszą się na innych ludzi. W czasach średniowiecznych ludzie sądzili, że epidemie wywoływane są przez „morowe powietrze”, czyli powietrze wywołujące pomór – śmierć (Rys. 2.). Byli blisko prawdy, bo rzeczywiście wiele z epidemii było przenoszonych przez powietrze w procesie dyfuzji.
Film dostępny pod adresem /preview/resource/R83TYQxdnm3yn
Rys. 2. Ilustracja jest prostą animacją. Przedstawia szarą mapę Europy. Pomarańczowe plamy pojawiające się na mapie pokazują rozprzestrzenianie się dżumy w XIV‑wiecznej Europie. Jednocześnie nad mapą ukazują się kolejne lata. W 1347 roku pomarańczowa plama pojawiła się na terenie Turcji w południowo‑wschodniej części Europy. W 1349 roku plama zajmuje już całą południową część Europy, od Hiszpanii na zachodzie do Turcji na wschodzie. W 1351 plama obejmuje również środkową część Europy z Anglią, Francją i częścią Polski. W 1353 plama zajmuje całą Europę aż po północne krańce Norwegii i Rosji.
W szkole łatwo przeprowadzić badanie dyfuzji substancji zapachowych w powietrzu. W tym celu potrzebne jest źródło zapachu: perfumy, olejek zapachowy itp. Rolę detektorów zapachów pełnią uczniowie, a dokładniej ich nosy. Im więcej osób uczestniczących w badaniu, tym lepiej. Uczniowie powinni zająć miejsca w różnych odległościach od tablicy, przy której zostaną rozpylone perfumy, lub inna pachnąca substancja. Uczniowie, którzy poczują zapach, podnoszą rękę do góry. W ten sposób można obserwować kierunki i tempo rozchodzenia się zapachu. Badanie można powtórzyć przy otwartym oknie, co pozwoli sprawdzić, jak ruch powietrza wpływa na szybkość dyfuzji.
Ruch powietrza, czyli wiatr, zwiększa szybkość dyfuzji, a także wpływa na kierunek rozprzestrzeniania się substancji. W takim przypadku mówimy o dyfuzji wymuszonej.
Zjawisko dyfuzji wymuszonej wykorzystują drapieżniki, które skradają się do swoich ofiar pod wiatr. Wiatr pozwala im z daleka wyczuć zapach zwierząt, na które polują. Podchodząc zwierzynę od zawietrznej (tj. od strony, na którą - z punktu widzenia ofiary - wieje wiatr) są one niewyczuwalne dla swoich ofiar.
Słowniczek
(ang.: concentration) – miara ilości składnika w mieszaninie. Stężenie równe jest stosunkowi masy składnika do masy mieszaniny.
(ang.: absolute temperature scale, Kelvin scale) zwana też temperaturą w skali Kelwina jest miarą średniej energii kinetycznej przypadającej na jedną cząsteczkę. Temperaturę w skali Kelwina obliczamy dodając do temperatury w skali Celsjusza , czyli: .