Khuếch tán là gì?
Khuếch tán là sự di chuyển các chất từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp (theo chiều gradient nồng độ) diễn ra trong môi trường lỏng và khí.
Khuếch tán hay khuếch tán phân tử là sự dao động nhiệt của tất cả các phân tử (chất lỏng hay chất khí) ở nhiệt độ lớn hơn độ không tuyệt đối. Tốc độ của chuyển động nhiệt là hàm số của nhiệt độ, độ nhớt của dòng chảy và kích thước (khối lượng) của các phần tử nhưng không phải là hàm số của nồng độ.
Sự khuếch tán dẫn đến sự dịch chuyển các phân tử từ một khu vực có nồng độ cao hơn đến khu vực có nồng độ thấp hơn, nhưng điều quan trọng là cần lưu ý là sự khuếch tán cũng xảy ra khi không có gradient nồng độ. Kết quả của sự khuếch tán là một pha trộn vật chất. Trong một giai đoạn với nhiệt độ đồng nhất, không có sự tác động của lực từ bên ngoài lên các phần tử thì kết quả cuối cùng của quá trình khuếch tán là sự san bằng nồng độ.
Hiện tượng khuếch tán là gì?
Hiện tượng khuếch tán là hiện tượng các phân tử, nguyên tử tự hòa lẫn vào nhau do chuyển động nhiệt của các phân tử, nguyên tử.
Ví dụ: Khi thả vài giọt nước màu vào cốc nước, một lúc sau cả cốc nước có màu xanh nhạt. Đó là hiện tượng khuếch tán.
Tại sao lại có hiện tượng khuếch tán? Ý nghĩa của sự khuếch tán
Nguyên nhân và ý nghĩa của hiện tượng khuếch tán như sau:
Nguyên nhân
Sự khuếch tán là một quá trình tự nhiên và vật lý, tự nó xảy ra mà không cần khuấy hoặc lắc các dung dịch. Chất lỏng và chất khí trải qua sự khuếch tán khi các phân tử có thể di chuyển ngẫu nhiên. Các phân tử va chạm vào nhau và rồi đổi hướng.
Ý nghĩa của sự khuếch tán
Sự khuếch tán là một quá trình quan trọng, liên quan đến các quá trình sống khác nhau . Như đã đề cập ở trên, đó là chuyển động ròng của các hạt, ion, phân tử, dung dịch, … Ở tất cả các loài sống, hiện tượng khuếch tán đóng một vai trò quan trọng trong chuyển động của các phân tử trong quá trình trao đổi chất trong tế bào.
Sự khuếch tán quan trọng vì những lý do sau:
- Trong quá trình hô hấp, quá trình này giúp khuếch tán khí carbon dioxide ra ngoài qua màng tế bào vào máu.
- Sự khuếch tán cũng xảy ra ở trong tế bào thực vật. Ở tất cả các cây xanh, nước có trong đất sẽ khuếch tán vào cây qua các tế bào lông hút ở rễ của chúng.
- Sự di chuyển của các ion qua các nơron tạo ra điện tích là do sự khuếch tán.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự khuếch tán
Có một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán. Những yếu tố này làm thay đổi riêng lẻ và tập thể tốc độ và mức độ khuếch tán. Các yếu tố này bao gồm:
- Nhiệt độ: Hiện tương khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao thì hiện tượng khuếch tán xảy ra càng nhanh.
- Khu vực tương tác
- Kích thước của hạt
- Độ dốc của gradien nồng độ
Ví dụ:
- Một túi trà ngâm trong một cốc nước nóng sẽ khuếch tán vào nước và đổi màu.
- Xịt nước hoa hoặc chất làm mát phòng sẽ được khuếch tán vào không khí mà chúng ta có thể cảm nhận được mùi.
- Đường được hòa tan đều và ngọt nước mà không cần phải khuấy.
- Khi chúng ta thắp nhang, khói của nó sẽ khuếch tán vào không khí và lan tỏa khắp phòng.
- Bằng cách thêm nước sôi vào sợi mì khô, nước sẽ khuếch tán gây ra sự bù nước và làm cho sợi mì khô.
Các loại khuếch tán
Hiện tượng khuếch tán mang lại nhiều ý nghĩa trong đời sống. Khuếch tác được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như sinh học, vật lý, hóa học, … Khuếch tán có thể được phân thành hai loại chính: Khuếch tán đơn giản và khuếch tán có điều kiện.
Khuếch tán đơn giản
Quá trình trong đó chất di chuyển qua màng bán thấm hoặc trong dung dịch không có bất kỳ sự trợ giúp nào từ các protein vận chuyển. Ví dụ, vi khuẩn cung cấp các chất dinh dưỡng nhỏ, nước và oxy vào tế bào chất thông qua sự khuếch tán đơn giản.
Khuếch tán có điều kiện
Khuếch tán có điều kiện là sự di chuyển thụ động của các phân tử qua màng tế bào từ vùng có nồng độ cao hơn đến vùng có nồng độ thấp hơn nhờ phân tử chất mang.
Thẩm tách
Là sự khuếch tán của các chất tan qua một màng thấm có chọn lọc. Màng thấm có chọn lọc là màng chỉ cho phép các ion và phân tử cụ thể đi qua; trong khi nó cản trở chuyển động của các màng khác.
Thẩm thấu
Là sự di chuyển của các phân tử dung môi từ vùng có nồng độ thấp hơn đến vùng có nồng độ cao hơn qua màng bán thấm. Vì nước là dung môi trong mọi sinh vật, các nhà sinh học định nghĩa thẩm thấu là sự khuếch tán của nước qua một màng thấm có chọn lọc. Ví dụ, thực vật lấy nước và khoáng chất từ rễ với sự trợ giúp của quá trình thẩm thấu.
Sự khuếch tán ở động vật và thực vật
Ở thực vật và động vật, sự khuếch tán được thể hiện bằng sự khuếch tán của các khí. Ở thực vật, các lỗ được hình thành bởi các tế bào bảo vệ được gọi là khí khổng. Đây là nơi carbon dioxide đi vào và oxy đi ra khỏi cây. Thực vật hấp thụ carbon dioxide vì nó là một trong những chất phản ứng chính trong quá trình quang hợp. Đến lượt mình, oxy là sản phẩm phụ của quá trình quang hợp; và sau đó được giải phóng khi nó khuếch tán vào môi trường qua khí khổng.
Tương tự, ở động vật, khí hô hấp được vận chuyển chung bằng cách khuếch tán đơn giản.
Ở người, sự khuếch tán khí hô hấp diễn ra tại các giường mao mạch ngăn cách máu với dịch mô. Trong phổi, carbon dioxide được giải phóng bằng cách khuếch tán từ máu vào phế nang và sau đó thở ra. Đến lượt mình, oxy được hít vào, và sau đó khuếch tán từ các phế nang của phổi vào máu. Sau đó, oxy sẽ khuếch tán từ máu tuần hoàn đến các mô khác nhau của cơ thể.
Các hiện tượng khuếch tán
Hiện tượng khuếch tán trong chất lỏng
Ví dụ: Đổ nhẹ nước vào một bình đựng dung dịch đồng sunfat màu xanh. Do nước nhẹ hơn nên nổi ở trên, tạo thành mặt phân cách giữa nước và đồng sunfat. Sau một thời gian mặt phân cách này mờ dần rồi mất hẳn. Trong bình chỉ còn một chất lỏng đồng nhất màu xanh nhạt ⇒ Nước và đồng sunfat đã hòa lẫn vào nhau.
Hiện tượng khuếch tán trong chất khí
– Hiện tượng khuếch tán có thể xảy ra cả trong chất khí đó là trường hợp các phân tử khí tự hòa trộn vào nhau.
Ví dụ: Mở nút lọ nước hoa trong phòng, do hiện tượng khuếch tán mà sau một thời gian ngắn, mọi người trong phòng đều ngửi thấy mùi nước hoa.
Hiện tượng khuếch tán trong chất rắn
Ví dụ:
– Nhổ một cái đinh đã đóng vào gỗ rất lâu, quan sát lỗ đinh ta thấy phần gỗ trong lỗ đinh có màu của gỉ sét. Đó là kết quả của hiện tượng khuếch tán giữa các phân tử của đinh đã gỉ sét và các phân tử gỗ.
– So với chất lỏng và chất khí thì hiện tượng khuếch tán xảy ra trong chất rắn rất chậm, cần phải có một thời gian khá dài mới có thể quan sát được hiện tượng này.
Chú ý: Để so sánh hiện tượng khuếch tán xảy ra nhanh hay chậm trong các chất, ta căn cứ vào sự chuyển động nhanh hay chậm của các phân tử cấu tạo nên vật, hay nói cách khác là căn cứ vào nhiệt độ của vật. Nhiệt độ của vật càng cao tức là các phân tử, nguyên tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh thì hiện tượng khuếch tán xảy ra càng nhanh.
Bài tập về khuếch tán
Bài 1: Tính chất nào sau đây không phải là của nguyên tử, phân tử?
A. chuyển động không ngừng.
B. có lúc chuyển động, có lúc đứng yên.
C. giữa các nguyên tử, phân tử có khoảng cách.
D. chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ càng cao.
Đáp án: Các nguyên tử, phân tử luôn chuyển động hỗn độn không ngừng ⇒ Đáp án B
Bài 2: Hiện tượng khuếch tán là:
A. Hiện tượng khi các nguyên tử, phân tử của các chất tự hòa lẫn vào nhau.
B.Hiện tượng khi các nguyên tử, phân tử của các chất nằm riêng biệt tách rời nhau.
C. Hiện tượng khi đổ nước vào cốc.
D. Hiện tượng cầu vồng.
Đáp án: Hiện tượng khi các nguyên tử, phân tử của các chất tự hòa lẫn vào nhau gọi là hiện tượng khuếch tán ⇒ Đáp án A
Bài 3: Khi đổ 200 cm3 giấm ăn vào 250 cm3 nước thì thu được bao nhiêu cm3 hỗn hợp?
A. 450 cm3
B. > 450 cm3
C. 425 cm3
D. < 450 cm3
Đáp án: Do hiện tượng khuếch tán nên khi đổ 200 cm3 giấm ăn vào 250 cm3 nước thì sẽ thu được hỗn hợp có thể tích < 450 cm3 ⇒ Đáp án D
Bài 4: Hiện tượng nào sau đây không phải là hiện tượng khuếch tán?
A. Đường để trong cốc nước, sau một thời gian nước trong cốc ngọt hơn ban đầu.
B. Miếng sắt để trên bề mặt miếng đồng, sau một thời gian, trên bề mặt miếng sắt có phủ một lớp đồng và ngược lại.
C. Cát được trộn lẫn với ngô.
D. Mở lọ nước hoa ở trong phòng, một thời gian sau cả phòng đều có mùi thơm.
Đáp án: Cát được trộn lẫn với ngô là sự trộn hay hòa lẫn của các vật chất chứ không phải của nguyên tử, phân tử ⇒ Đáp án C
Bài 5: Khi nhiệt độ giảm thì hiện tượng khuếch tán xảy ra như thế nào?
A. xảy ra nhanh hơn
B. xảy ra chậm hơn
C. không thay đổi
D. có thể xảy ra nhanh hơn hoặc chậm hơn
Đáp án: Nhiệt độ của vật càng cao thì các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh. Khi nhiệt độ giảm đi, các nguyên tử chuyển động chậm lại dẫn đến hiện tượng khuếch tán xảy ra chậm hơn.
⇒ Đáp án B
Bài 6: Chọn phát biểu đúng khi nói về chuyển động của các phân tử, nguyên tử?
A. Các phân tử, nguyên tử có lúc chuyển động, có lúc đứng yên.
B. Các nguyên tử, phân tử chuyển động theo một hướng nhất định.
C. Nhiệt độ của vật càng cao thì các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chuyển động chậm lại.
D. Các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ càng cao.
Đáp án:
– Các nguyên tử, phân tử luôn chuyển động hỗn độn không ngừng về mọi phía.
– Nhiệt độ của vật càng cao thì các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh.
⇒ Đáp án D
********************
Đăng bởi: Trường THPT Lê Hồng Phong
Chuyên mục: Giáo dục
