Как протекает диффузия в жидкостях? Опишите опыт.

Диффузия в жидкостях — это самопроизвольное перемешивание веществ на молекулярном уровне за счёт теплового (хаотического) движения молекул. В жидкости молекулы расположены близко друг к другу и постоянно «толкаются», поэтому частицы растворённого вещества постепенно расходятся из области высокой концентрации в область низкой концентрации, пока концентрация не станет почти одинаковой по всему объёму.

Как протекает диффузия именно в жидкостях

1. Сначала есть резкая граница концентраций. Например, капля красителя в воде: возле капли концентрация красителя высокая, дальше — почти нулевая.

2. Молекулы движутся хаотически. Это движение не направлено «специально» наружу, но статистически больше частиц уходит туда, где их меньше.

3. Граница “размывается”. Со временем вместо чёткой границы появляется зона перехода: цвет всё шире и бледнее.

4. Наступает выравнивание концентрации. В пределе вся жидкость становится однородно окрашенной (если не мешать и нет химических реакций/осаждения).

Диффузия в жидкостях идёт быстрее, чем в газах по скорости столкновений, но медленнее по распространению на большие расстояния, потому что в жидкости сильнее “сопротивление” перемещению частиц (вязкость, плотная упаковка). На практике жидкости перемешиваются заметно медленнее газов без дополнительного встряхивания — это легко увидеть в опыте.

Опыт, демонстрирующий диффузию в жидкости

Вариант 1: капля красителя в воде (самый наглядный)

Оборудование:

• прозрачный стакан или высокий бокал;

• вода (лучше кипячёная или фильтрованная, чтобы была прозрачнее);

• пищевой краситель или раствор перманганата калия (очень слабый), или чернила;

• секундомер/часы (не обязательно).

Ход опыта:

1. Налейте в стакан воду и дайте ей постоять, чтобы она была спокойной (без вихрей).

2. Очень аккуратно капните 1 каплю красителя в центр поверхности или опустите каплю ближе к середине объёма (можно по стенке пипеткой).

3. Не перемешивайте. Просто наблюдайте.

Наблюдения:

• Сначала виден компактный яркий “облачок” или струйка (часто капля чуть тонет из-за разницы плотности раствора и воды).

• Затем облачко расширяется, края становятся размытыми, цвет распространяется всё дальше.

• Через некоторое время вода окрашивается более равномерно.

Что это доказывает:
Даже без перемешивания жидкость становится более однородной — значит, частицы красителя сами распространяются по всему объёму. Это и есть диффузия.

Как усилить эффект и что сравнить:

• Повторите опыт в тёплой воде и в холодной воде.
  В тёплой диффузия идёт заметно быстрее, потому что тепловое движение молекул интенсивнее.

• Можно взять воду разной вязкости (например, вода и глицерин/сироп): в более вязкой среде распространение красителя идёт медленнее.

Вариант 2: “сахарный” опыт — диффузия растворённого вещества

Оборудование:

• стакан воды;

• кусочек сахара или ложка сахара;

• (по желанию) чайная ложка и пищевой краситель.

Ход опыта:

1. Положите сахар на дно стакана и не размешивайте.

2. Наблюдайте, как со временем вокруг сахара образуется более “сладкая” зона (это напрямую не видно).

3. Чтобы сделать границу заметнее, можно слегка подкрасить воду сверху каплей красителя: со временем окраска и растворённый сахар распределяются более равномерно.

Смысл:
Сахар растворяется, и молекулы сахара диффундируют вверх и в стороны, хотя никто не мешает ложкой.

Почему в опыте иногда видны “струйки”, а не только плавное расплывание

Важно понимать: в реальном стакане одновременно могут идти два процесса:

• Диффузия (медленное молекулярное расползание);

• Конвекция (движение слоёв жидкости из-за разности плотности и температуры).

Например, капля концентрированного красителя может быть чуть тяжелее воды и “проваливаться” вниз струйкой — это уже частично конвективное движение. Но даже когда струйка исчезает и вода “успокаивается”, дальнейшее постепенное размывание цвета — именно диффузия.

Итог

Диффузия в жидкостях протекает как постепенное самопроизвольное выравнивание концентрации: частицы растворённого вещества переходят из области, где их много, в область, где их мало, благодаря хаотическому тепловому движению молекул. В опыте с каплей красителя это проявляется в медленном расплывании окраски по всему объёму воды без перемешивания, причём в тёплой воде процесс идёт заметно быстрее, а в более вязких жидкостях — медленнее.