¿Qué es la difusión en la definición de biología? Resumen: Tema: “Difusión en la naturaleza viva e inanimada.

Difusión

Un ejemplo de difusión es la mezcla de gases (por ejemplo, la propagación de olores) o líquidos (si se deja caer tinta en agua, el líquido adquirirá un color uniforme después de un tiempo). Otro ejemplo está asociado con un sólido: los átomos de los metales en contacto se mezclan en el límite de contacto. La difusión de partículas juega un papel importante en la física del plasma.

Habitualmente se entiende por difusión los procesos acompañados de la transferencia de materia, pero en ocasiones también se denominan difusión a otros procesos de transferencia: conductividad térmica, fricción viscosa, etc.

La velocidad de difusión depende de muchos factores. Así, en el caso de una varilla metálica, la difusión térmica se produce muy rápidamente. Si la varilla está hecha de un material sintético, la difusión térmica se produce lentamente. La difusión de las moléculas en general pasa aún más lentamente. Por ejemplo, si se coloca un trozo de azúcar en el fondo de un vaso de agua y el agua no se revuelve, pasarán varias semanas antes de que la solución se vuelva homogénea. La difusión de una sustancia sólida hacia otra ocurre aún más lentamente. Por ejemplo, si el cobre está recubierto de oro, se producirá la difusión del oro en el cobre, pero en condiciones normales (temperatura ambiente y presión atmosférica) la capa aurífera alcanzará un espesor de varias micras sólo después de varios miles de años.

El fisiólogo alemán A. Fick ( Inglés) en 1855

descripción general

Todos los tipos de difusión obedecen a las mismas leyes. La velocidad de difusión es proporcional al área de la sección transversal de la muestra, así como a la diferencia de concentraciones, temperaturas o cargas (en el caso de valores relativamente pequeños de estos parámetros). Así, el calor se propagará cuatro veces más rápido a través de una varilla de dos centímetros de diámetro que a través de una varilla de un centímetro de diámetro. Este calor se propagará más rápido si la diferencia de temperatura en un centímetro es de 10°C en lugar de 5°C. La velocidad de difusión también es proporcional al parámetro que caracteriza a un material en particular. En el caso de la difusión térmica, este parámetro se denomina conductividad térmica, en el caso del flujo de cargas eléctricas, conductividad eléctrica. La cantidad de sustancia que se difunde en un tiempo determinado y la distancia recorrida por la sustancia que se difunde son proporcionales a la raíz cuadrada del tiempo de difusión.

La difusión es un proceso a nivel molecular y está determinada por la naturaleza aleatoria del movimiento de las moléculas individuales. Por tanto, la velocidad de difusión es proporcional a la velocidad media de las moléculas. En el caso de los gases, la velocidad media de las moléculas pequeñas es mayor, es decir, es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la masa de la molécula y aumenta al aumentar la temperatura. Los procesos de difusión en sólidos a altas temperaturas suelen encontrar aplicaciones prácticas. Por ejemplo, ciertos tipos de tubos de rayos catódicos (CRT) utilizan torio metálico difundido a través de tungsteno a 2000 °C.

Si en una mezcla de gases la masa de una molécula es cuatro veces mayor que la de otra, entonces dicha molécula se mueve dos veces más lento que en un gas puro. En consecuencia, su velocidad de difusión también es menor. Esta diferencia en la velocidad de difusión de moléculas ligeras y pesadas se utiliza para separar sustancias con diferentes pesos moleculares. Un ejemplo es la separación de isótopos. Si un gas que contiene dos isótopos pasa a través de una membrana porosa, los isótopos más ligeros atraviesan la membrana más rápido que los más pesados. Para una mejor separación, el proceso se lleva a cabo en varias etapas. Este proceso se utilizó ampliamente para separar isótopos de uranio (separación de 235 U del 238 U en masa). Dado que este método de separación requiere mucha energía, se han desarrollado otros métodos de separación más económicos. Por ejemplo, el uso de la difusión térmica en un entorno gaseoso está ampliamente desarrollado. Un gas que contiene una mezcla de isótopos se coloca en una cámara en la que se mantiene una diferencia espacial de temperatura (gradiente). En este caso, los isótopos pesados ​​se concentran con el tiempo en la región fría.

ecuaciones de fick

Desde el punto de vista de la termodinámica, el potencial impulsor de cualquier proceso de nivelación es un aumento de la entropía. A presión y temperatura constantes, el papel de dicho potencial es el potencial químico. µ , que determina el mantenimiento de los flujos de materia. El flujo de partículas de materia es proporcional al gradiente de potencial.

~

En la mayoría de los casos prácticos, se utiliza la concentración en lugar del potencial químico. C. Reemplazo directo µ en C se vuelve incorrecto en el caso de concentraciones elevadas, ya que el potencial químico ya no está relacionado con la concentración según la ley logarítmica. Si no consideramos tales casos, entonces la fórmula anterior se puede reemplazar por la siguiente:

lo que muestra que la densidad de flujo de la sustancia j proporcional al coeficiente de difusión D[()] y gradiente de concentración. Esta ecuación expresa la primera ley de Fick. La segunda ley de Fick relaciona cambios espaciales y temporales en la concentración (ecuación de difusión):

Coeficiente de difusión D depende de la temperatura. En varios casos, en un amplio rango de temperaturas, esta dependencia es la ecuación de Arrhenius.

Un campo adicional aplicado paralelo al gradiente de potencial químico altera el estado estacionario. En este caso, los procesos de difusión se describen mediante la ecuación no lineal de Fokker-Planck. Los procesos de difusión son de gran importancia en la naturaleza:

• Nutrición, respiración de animales y plantas;
• Penetración de oxígeno de la sangre a los tejidos humanos.

Descripción geométrica de la ecuación de Fick.

En la segunda ecuación de Fick, en el lado izquierdo está la tasa de cambio de concentración a lo largo del tiempo, y en el lado derecho de la ecuación está la segunda derivada parcial, que expresa la distribución espacial de la concentración, en particular, la convexidad de la temperatura. función de distribución proyectada sobre el eje x.

ver también

• La difusión superficial es un proceso asociado con el movimiento de partículas que ocurre en la superficie de un cuerpo condensado dentro de la primera capa superficial de átomos (moléculas) o encima de esta capa.

Notas

Literatura

• Bokshtein B.S. Los átomos deambulan alrededor del cristal. - M.: Nauka, 1984. - 208 p. - (Biblioteca "Quantum". Número 28). - 150.000 ejemplares.

Enlaces

• Difusión (lección en video, programa de séptimo grado)
• Difusión de átomos de impurezas en la superficie de un solo cristal.

Fundación Wikimedia. 2010.

Sinónimos:

Vea qué es “Difusión” en otros diccionarios:

- [lat. difusión difusio, difusión] físico, químico. penetración de moléculas de una sustancia (gas, líquido, sólido) en otra por contacto directo o a través de un tabique poroso. Diccionario de palabras extranjeras. Komlev N.G.,... ... Diccionario de palabras extranjeras de la lengua rusa.

Difusión- – penetración en el medio ambiente de partículas de una sustancia por partículas de otra sustancia, que se produce como resultado del movimiento térmico en la dirección de disminuir la concentración de otra sustancia. [Diccionario Blum E.E. de términos metalúrgicos básicos. Ekaterimburgo… Enciclopedia de términos, definiciones y explicaciones de materiales de construcción.

enciclopedia moderna

- (del latín diffusio, extensión, dispersión), movimiento de partículas de un medio, que conduce a la transferencia de una sustancia y la igualación de concentraciones o el establecimiento de una distribución de equilibrio de concentraciones de partículas de un tipo determinado en el medio. En ausencia de… … Gran diccionario enciclopédico

DIFUSIÓN, el movimiento de una sustancia en una mezcla desde un área de alta concentración a un área de baja concentración, causado por el movimiento aleatorio de átomos o moléculas individuales. La difusión se detiene cuando desaparece el gradiente de concentración. Velocidad… … Diccionario enciclopédico científico y técnico.

difusión- y, f. difusión f., alemán Difusión lat. difusio difundiendo, difundiendo. Penetración mutua de sustancias en contacto entre sí debido al movimiento térmico de moléculas y átomos. Difusión de gases y líquidos. BAJO 2. || trans. Ellos… … Diccionario histórico de galicismos de la lengua rusa.

Difusión- (del latín diffusio distribución, esparcimiento, dispersión), el movimiento de partículas del medio, que conduce a la transferencia de materia y la igualación de concentraciones o el establecimiento de su distribución de equilibrio. Normalmente, la difusión está determinada por el movimiento térmico... ... Diccionario enciclopédico ilustrado

El movimiento de partículas en la dirección de disminuir su concentración, provocado por el movimiento térmico. D. conduce a la igualación de las concentraciones de la sustancia en difusión y al llenado uniforme del volumen con partículas.... ... Enciclopedia geológica

En el curso de física escolar (aproximadamente en séptimo grado), los escolares aprenden que la difusión es un proceso que representa la penetración mutua de partículas de una sustancia entre partículas de otra sustancia, lo que resulta en una igualación de concentraciones en todo el volumen ocupado. Esta es una definición bastante difícil de entender. Para comprender qué es la difusión simple, la ley de difusión, su ecuación, es necesario estudiar en detalle los materiales sobre estos temas. Sin embargo, si una persona tiene una idea general suficiente, los datos siguientes le ayudarán a adquirir conocimientos básicos.

Fenómeno físico: ¿qué es?

Debido a que muchas personas están confundidas o no saben en absoluto qué es un fenómeno físico y en qué se diferencia de uno químico, así como a qué tipo de fenómenos se refiere la difusión, es necesario entender qué es un fenómeno físico. . Entonces, como todos saben, la física es una ciencia independiente que pertenece al campo de las ciencias naturales, que estudia las leyes naturales generales sobre la estructura y el movimiento de la materia, y también estudia la materia misma. En consecuencia, un fenómeno físico es un fenómeno como resultado del cual no se forman nuevas sustancias, sino que solo se produce un cambio en la estructura de la sustancia. La diferencia entre un fenómeno físico y uno químico es precisamente que como resultado no se producen nuevas sustancias. Por tanto, la difusión es un fenómeno físico.

Definición del término difusión

Como saben, puede haber muchas formulaciones de un concepto en particular, pero el significado general no debería cambiar. Y el fenómeno de la difusión no es una excepción. La definición generalizada es la siguiente: la difusión es un fenómeno físico que representa la penetración mutua de partículas (moléculas, átomos) de dos o más sustancias hasta una distribución uniforme en todo el volumen ocupado por estas sustancias. Como resultado de la difusión no se forman nuevas sustancias, por lo que se trata precisamente de un fenómeno físico. La difusión simple se llama difusión, como resultado de lo cual las partículas se mueven desde un área de mayor concentración a un área de menor concentración, lo que es causado por el movimiento térmico (caótico, browniano) de las partículas. En otras palabras, la difusión es el proceso de mezclar partículas de diferentes sustancias y las partículas se distribuyen uniformemente por todo el volumen. Esta es una definición muy simplificada, pero la más comprensible.

Tipos de difusión

La difusión se puede registrar tanto al observar sustancias gaseosas y líquidas como sólidas. Por tanto, incluye varios tipos:

• La difusión cuántica es el proceso de difusión de partículas o defectos puntuales (alteraciones locales en la red cristalina de una sustancia), que ocurre en los sólidos. Las perturbaciones locales son perturbaciones en un punto específico de la red cristalina.

• Coloidal: difusión que se produce por todo el volumen del sistema coloidal. Un sistema coloidal es un medio en el que se distribuyen partículas, burbujas, gotas de otro medio, diferente en estado de agregación y composición al primero. Estos sistemas, así como los procesos que en ellos tienen lugar, se estudian en detalle en el curso de química coloidal.
• Convectiva: transferencia de micropartículas de una sustancia por macropartículas del medio. Una rama especial de la física, llamada hidrodinámica, se ocupa del estudio del movimiento de medios continuos. A partir de ahí podrá adquirir conocimientos sobre los estados de flujo.
• La difusión turbulenta es el proceso de transferencia de una sustancia a otra, provocado por el movimiento turbulento de la segunda sustancia (típico de gases y líquidos).

Se confirma la afirmación de que la difusión puede ocurrir tanto en gases y líquidos como en sólidos.

¿Qué es la ley de Fick?

El físico alemán Fick derivó una ley que muestra la dependencia de la densidad del flujo de partículas a través de una unidad de área del cambio en la concentración de una sustancia por unidad de longitud. Esta ley es la ley de difusión. La ley se puede formular de la siguiente manera: el flujo de partículas, que se dirige a lo largo del eje, es proporcional a la derivada del número de partículas con respecto a la variable trazada a lo largo del eje con respecto al cual se determina la dirección del flujo de partículas. En otras palabras, el flujo de partículas que se mueven en la dirección del eje es proporcional a la derivada del número de partículas con respecto a la variable, que se traza a lo largo del mismo eje que el flujo. La ley de Fick nos permite describir el proceso de transferencia de materia en el tiempo y el espacio.

Ecuación de difusión

Cuando hay flujos en una sustancia, se produce una redistribución de la propia sustancia en el espacio. Al respecto, existen varias ecuaciones que describen este proceso de redistribución desde un punto de vista macroscópico. La ecuación de difusión es diferencial. Se deduce de la ecuación general de transferencia de materia, que también se llama ecuación de continuidad. En presencia de difusión, se utiliza la ley de Fick, que se describe anteriormente. La ecuación se ve así:

dn/dt=(d/dx)*(D*(dn/dx)+q.

Métodos de difusión

El método de difusión, o más precisamente el método de su implementación en materiales sólidos, se ha utilizado ampliamente en los últimos tiempos. Esto se debe a las ventajas del método, una de las cuales es la simplicidad del equipo utilizado y del proceso en sí. La esencia del método de difusión a partir de fuentes sólidas es la deposición de películas dopadas con uno o más elementos sobre semiconductores. Existen varios otros métodos para realizar la difusión, además del método de fuente sólida:

• en un volumen cerrado (método de la ampolla). La toxicidad mínima es una ventaja del método, pero su alto costo, debido a la desechabilidad de la ampolla, es un inconveniente importante;
• en un volumen abierto (difusión térmica). Se excluye la posibilidad de utilizar muchos elementos debido a las altas temperaturas, así como la difusión lateral son las grandes desventajas de este método;
• en un volumen parcialmente cerrado (método de caja). Este es un método intermedio entre los dos descritos anteriormente.

Para aprender más sobre los métodos y características de la difusión, es necesario estudiar literatura adicional dedicada específicamente a estos temas.

El artículo muestra el papel de los procesos difusos en heridas suturadas de forma tradicional y el método propuesto por los autores. La mejora de los procesos difusos en las heridas durante el tratamiento con el método hardware está teóricamente justificada.

El problema de la curación de heridas de diversas etiologías es una de las principales áreas de la medicina que no ha perdido su importancia hasta el día de hoy. El tratamiento de esta patología en el menor tiempo posible sin complicaciones purulentas sólo es posible si las instituciones médicas cuentan con suficientes medicamentos modernos y eficaces para curar heridas.

Durante el proceso de herida, la reacción local y general del cuerpo depende directamente de la gravedad y las características del daño a los tejidos y órganos. Los procesos reactivos locales y generales durante los procesos de regeneración están en relación directa e inversa, son interdependientes y se influyen mutuamente. La base del tratamiento de heridas es la capacidad de controlar el curso del proceso de la herida. Este problema está invariablemente en el campo de visión de los científicos y cirujanos practicantes.

Una gran cantidad de métodos de tratamiento de heridas utilizados pertenecen al grupo farmacológico. Al mismo tiempo, se propusieron una gran cantidad de dispositivos técnicos para el tratamiento de heridas. Sin embargo, el método más común para suturar heridas es una sutura vertical circular.

La piel humana, compuesta de proteínas de colágeno, es una membrana natural ideal que realiza numerosas funciones metabólicas y protectoras. Estos procesos se deben principalmente a la difusión. Difusión (del latín diffusio - esparcir, esparcir), penetración mutua de sustancias en contacto entre sí debido al movimiento de partículas de una sustancia.

La difusión es un proceso a nivel molecular y está determinada por la naturaleza aleatoria del movimiento de las moléculas individuales. Por tanto, la velocidad de difusión es proporcional a la velocidad media de las moléculas. La difusión se produce en la dirección de una disminución en la concentración de una sustancia y conduce a una distribución uniforme de la sustancia en todo el volumen que ocupa (para igualar el potencial químico de la sustancia).

El papel de los procesos difusos en la patogénesis y el tratamiento de la cicatrización de heridas es muy importante. Por ejemplo, en trasplante de piel, el grosor de los colgajos juega un papel muy importante en la curación de las quemaduras, ya que tiene un efecto positivo en los procesos de difusión entre el injerto y la superficie de la herida.

Sin embargo, prácticamente no se ha estudiado la importancia de los procesos difusos en una herida. Los bordes de la herida son sistemas conductores en los que en condiciones normales deberían tener lugar procesos difusos. Este proceso se muestra esquemáticamente en la Figura 1.

El diagrama esquemático muestra que la herida quirúrgica (1), cosida con suturas verticales circulares tradicionales según la clasificación de A. N. Golikov, tiene ciertas desventajas. La sutura quirúrgica (2), que es un medio para acercar los bordes de la herida, realiza una isquemia completa (5) del tejido, lo que conduce a la formación de “zonas silenciosas” para el paso de los procesos de difusión, que conduce a la deformación (4) del vector de difusión (3). Como resultado, la sutura quirúrgica utilizada tradicionalmente conduce a la formación artificial de áreas de tejido que no participan en los procesos de regeneración. Además, en casos desfavorables, estos "defectos tisulares" son fuentes de formación de focos del proceso infeccioso. Porque, como resultado, el tejido, privado de acceso a nutrientes, oxígeno, etc., se necrótica, lo que acaba con la formación de una cicatriz. De lo contrario, las masas necróticas de tejido son un caldo de cultivo favorable para los patógenos.

El método de hardware recibió un documento de seguridad del Instituto Nacional de Propiedad Intelectual de la República de Kazajstán No. 13864 del 15 de agosto de 2007. El principio fundamental del método propuesto es el cierre hermético de los bordes de las heridas entre sí mediante técnicas físicas y mecánicas. Se aplica una línea de nailon de longitud suficiente a lo largo del borde de la herida, creando un "arco de ligadura", que se fija en los extremos a los extremos del aparato diseñado por el autor.

El aparato del autor, cuando está ensamblado, tiene la forma de un marco, en forma de paralelogramo cuadrangular, cuyos lados están formados por varillas, y los extremos son barras móviles ubicadas y fijadas a las varillas con dos tuercas en ambos extremos. de los pasadores, en las barras móviles se perforan orificios del mismo diámetro para las varillas y la fijación de las ligaduras de los hilos (Fig. 2).

procesos de regeneración. La eficacia del método de hardware ha sido probada experimental y clínicamente.

Por tanto, se ha propuesto una justificación teórica de la eficacia del método de hardware propuesto en comparación con los métodos tradicionales de sutura de heridas. Esto se debe a un aumento de la presión sobre la zona de la herida (debido a las características de diseño del dispositivo), lo que conduce a un aumento local de la velocidad de difusión.

Literatura

1. Golikov A.N. Cicatrización de una herida granulante cerrada con suturas. – Moscú: 1951. – 160 p.
2. Waldorf H., Fewres J. Cicatrización de heridas // Adv. Cuero. – 1995. Núm. 10. – Pág. 77–96.
3. Abaturova E.K., Baimatov V.N., Batyrshina G.I. La influencia de los bioestimulantes en el proceso de la herida // Morfología. – 2002. – T. 121, núms. 2–3. – P.6.
4. Kochnev O.S., Izmailov G.S. Métodos de sutura de heridas. – Kazán: 1992. – 160 p.
5. Kiselev S.I. La importancia de los recursos de piel del donante en la elección de tácticas quirúrgicas racionales en pacientes con quemaduras profundas: Resumen de tesis. ...candidato de ciencias médicas. Riazán, 1971. 17 p.

Difusión de la sindagia de biología de Zharalardy emdeu.

Tuyín Makalada adettegi addispen zhane makala avtorlarymen usynylyp otyrgan aparato adistin zharalard emdeudeg procesador de difusión turaly itylgyn. Aparato de protsessterdin de difusión de Zharalarda teoría de adistin zhaksargany zhuzinde daleldip korsetildi.

DIFUSIÓN ENBIOLOGÍACicatrización

Abstracto El artículo muestra el papel de los procesos difusos en heridas suturadas de forma tradicional y el método propuesto por los autores. Los procesos difusos en las heridas se han justificado teóricamente.

Esirkepov M.M., Nurmashev B.K., Mukanova U.A.

Academia Médica Estatal del Sur de Kazajstán, Shymkent

Institución educativa municipal Escuela secundaria Zaozernaya con estudio en profundidad de materias individuales No. 16

Tema: “Difusión en la naturaleza viva e inanimada”.

Terminado:

estudiante de la clase 8A Zyabrev Kirill.

Profesora de física: Zavyalova G.M.

Profesora de biología: Zyabreva V.F.

Tomsk – 2008

I. Introducción. ………………………………………………………… 3

II. Difusión en la naturaleza viva e inanimada.

1. Historia del descubrimiento del fenómeno. ……………………………………. 4

2. Difusión, sus tipos. ………………………………………….. 6

3. ¿De qué depende la velocidad de difusión? ……………………….. 7

4. Difusión en la naturaleza inanimada. …………………………... 8

5. Difusión en la naturaleza viva. ………………………………… 9

6. Utilización de los fenómenos de difusión. …………………………. dieciséis

7. Diseño de fenómenos de difusión individuales. …………… 17

III. Conclusión. ………………………………………………... 20

IV. Libros usados. ……………………………………. . 21

I. Introducción.

Hay tantas cosas sorprendentes e interesantes sucediendo a nuestro alrededor. Las estrellas lejanas brillan en el cielo nocturno, una vela arde en la ventana, el viento trae el aroma de la cereza de pájaro en flor, una abuela anciana te sigue con la mirada…. Quiero saber mucho, intentar explicarlo yo mismo. Después de todo, muchos fenómenos naturales están asociados con procesos de difusión, de los que hablamos recientemente en la escuela. ¡Pero dijeron tan poco!

objetivos de trabajo :

1. Ampliar y profundizar conocimientos sobre difusión.

2. Modelar procesos de difusión individuales.

3. Crear material informático adicional para usar en lecciones de física y biología.

Tareas:

1. Buscar el material necesario en la literatura, Internet, estudiarlo y analizarlo.

2. Descubra dónde ocurren los fenómenos de difusión en la naturaleza viva e inanimada (física y biología), qué importancia tienen y dónde los utiliza el hombre.

3. Describir y diseñar los experimentos más interesantes sobre este fenómeno.

4. Crear modelos animados de algunos procesos de difusión.

Métodos: análisis y síntesis de literatura, diseño, modelado.

Mi trabajo consta de tres partes; la parte principal consta de 7 capítulos. Estudié y procesé materiales de 13 fuentes literarias, incluyendo literatura educativa, de referencia, científica y sitios de Internet, y también preparé una presentación realizada en el editor de Power Point.

II. Difusión en la naturaleza viva e inanimada.

II .1. La historia del descubrimiento del fenómeno de la difusión.

Al observar con un microscopio una suspensión de polen de flores en agua, Robert Brown observó un movimiento caótico de partículas que surgían “ni del movimiento del líquido ni de su evaporación”. Las partículas suspendidas de 1 µm de tamaño o menos, visibles solo bajo un microscopio, realizaban movimientos independientes desordenados, describiendo complejas trayectorias en zigzag. El movimiento browniano no se debilita con el tiempo y no depende de las propiedades químicas del medio; su intensidad aumenta al aumentar la temperatura del medio y al disminuir su viscosidad y tamaño de partícula. Incluso una explicación cualitativa de las causas del movimiento browniano fue posible sólo 50 años después, cuando la causa del movimiento browniano comenzó a asociarse con los impactos de moléculas líquidas sobre la superficie de una partícula suspendida en él.

La primera teoría cuantitativa del movimiento browniano fue propuesta por A. Einstein y M. Smoluchowski en 1905-06. Basado en la teoría cinética molecular. Se demostró que los paseos aleatorios de las partículas brownianas están asociados con su participación en el movimiento térmico junto con las moléculas del medio en el que están suspendidas. Las partículas tienen en promedio la misma energía cinética, pero debido a su mayor masa tienen una velocidad menor. La teoría del movimiento browniano explica los movimientos aleatorios de una partícula mediante la acción de fuerzas aleatorias de las moléculas y fuerzas de fricción. Según esta teoría, las moléculas de un líquido o gas están en constante movimiento térmico y los impulsos de diferentes moléculas no son iguales en magnitud y dirección. Si la superficie de una partícula colocada en dicho medio es pequeña, como es el caso de una partícula browniana, entonces los impactos que experimenta la partícula de las moléculas que la rodean no serán exactamente compensados. Por lo tanto, como resultado del "bombardeo" de moléculas, una partícula browniana entra en movimiento aleatorio, cambiando la magnitud y dirección de su velocidad aproximadamente 1014 veces por segundo. De esta teoría se desprende que midiendo el desplazamiento de una partícula durante un tiempo determinado y conociendo su radio y la viscosidad del líquido, se puede calcular el número de Avogadro.

Las conclusiones de la teoría del movimiento browniano fueron confirmadas por mediciones realizadas por J. Perrin y T. Svedberg en 1906. A partir de estas relaciones, se determinaron experimentalmente la constante de Boltzmann y la constante de Avogadro. (La constante de Avogadro denotado por NA, el número de moléculas o átomos en 1 mol de una sustancia, NA=6.022.1023 mol-1; nombre en honor a A. Avogadro.

constante de Boltzmann, constante fisica k, igual a la relación de la constante universal de los gases R al número de avogadro norte A: k = R / norte A = 1,3807,10-23J/K. Lleva el nombre de L. Boltzmann.)

Al observar el movimiento browniano, la posición de la partícula se registra a intervalos regulares. Cuanto más cortos sean los intervalos de tiempo, más rota parecerá la trayectoria de la partícula.

Las leyes del movimiento browniano sirven como una clara confirmación de los principios fundamentales de la teoría cinética molecular. Finalmente se estableció que la forma térmica de movimiento de la materia se debe al movimiento caótico de los átomos o moléculas que forman los cuerpos macroscópicos.

La teoría del movimiento browniano jugó un papel importante en la fundamentación de la mecánica estadística, en ella se basa la teoría cinética de la coagulación (mezcla) de soluciones acuosas. Además, también tiene importancia práctica en metrología, ya que el movimiento browniano se considera el principal factor que limita la precisión de los instrumentos de medición. Por ejemplo, el límite de precisión de las lecturas de un galvanómetro de espejo está determinado por la vibración del espejo, como una partícula browniana bombardeada por moléculas de aire. Las leyes del movimiento browniano determinan el movimiento aleatorio de los electrones, lo que provoca ruido en los circuitos eléctricos. Las pérdidas dieléctricas en los dieléctricos se explican por movimientos aleatorios de las moléculas dipolares que forman el dieléctrico. Los movimientos aleatorios de iones en soluciones de electrolitos aumentan su resistencia eléctrica.

Trayectorias de partículas brownianas (esquema del experimento de Perrin); Los puntos marcan las posiciones de las partículas en intervalos de tiempo iguales.

De este modo, DIFUSIÓN O MOVIMIENTO BROWNIANO – Este movimiento aleatorio de pequeñas partículas suspendidas en un líquido o gas, que se produce bajo la influencia de impactos de moléculas ambientales; abierto

R. Brown en 1827

II. 2. Difusión, sus tipos.

Se hace una distinción entre difusión y autodifusión.

Difusión Es la penetración espontánea de moléculas de una sustancia en los espacios entre las moléculas de otra sustancia.. En este caso, las partículas están mezcladas. La difusión se observa en gases, líquidos y sólidos. Por ejemplo, se mezcla una gota de tinta en un vaso de agua. O el olor a colonia se esparce por toda la habitación.

La difusión, como la autodifusión, existe mientras exista un gradiente de densidad de la sustancia. Si la densidad de una misma sustancia no es la misma en diferentes partes del volumen, entonces se observa el fenómeno de autodifusión. Autodifusión llamado proceso de ecualización de densidad(o concentración proporcional a ella) la misma sustancia. La difusión y la autodifusión se producen debido al movimiento térmico de las moléculas que, en estados de desequilibrio, crea flujos de materia.

La densidad de flujo de masa es la masa de una sustancia ( DM), difundiéndose por unidad de tiempo a través de una unidad de área ( dS pl.), perpendicular al eje X :

(1.1)

El fenómeno de la difusión obedece a la ley de Fick.

(1.2)

¿Dónde está el módulo del gradiente de densidad, que determina la tasa de cambio de densidad en la dirección del eje? X ;

D- coeficiente de difusión, que se calcula a partir de la teoría cinética molecular mediante la fórmula

(1.3)

¿Dónde está la velocidad promedio del movimiento térmico de las moléculas?

Camino libre promedio de moléculas.

El signo menos indica que la transferencia de masa ocurre en la dirección de densidad decreciente.

La ecuación (1.2) se llama ecuación de difusión o ley de Fick.

II. 3. Tasa de difusión.

Cuando una partícula se mueve en una sustancia, choca constantemente con sus moléculas. Ésta es una de las razones por las que, en condiciones normales, la difusión es más lenta que el movimiento normal. ¿De qué depende la velocidad de difusión?

En primer lugar, sobre la distancia promedio entre colisiones de partículas, es decir longitud del camino libre. Cuanto mayor sea esta longitud, más rápido penetra la partícula en la sustancia.

En segundo lugar, la presión afecta la velocidad. Cuanto más denso sea el empaquetamiento de partículas en una sustancia, más difícil será para una partícula extraña penetrar dicho empaquetamiento.

En tercer lugar, el peso molecular de una sustancia tiene un papel importante en la velocidad de difusión. Cuanto más grande es el objetivo, más probabilidades hay de que acierte y, tras una colisión, la velocidad siempre disminuye.

Y en cuarto lugar, la temperatura. A medida que aumenta la temperatura, aumentan las vibraciones de las partículas y aumenta la velocidad de las moléculas. Sin embargo, la velocidad de difusión es mil veces más lenta que la velocidad del libre movimiento.

Todos los tipos de difusión obedecen a las mismas leyes y se describen mediante el coeficiente de difusión D, que es una cantidad escalar y está determinada a partir de la primera ley de Fick.

Para difusión unidimensional ,

donde J es la densidad de flujo de los átomos o defectos de la sustancia,
D - coeficiente de difusión,
N es la concentración de átomos o defectos de una sustancia.

La difusión es un proceso a nivel molecular y está determinada por la naturaleza aleatoria del movimiento de las moléculas individuales. Por tanto, la velocidad de difusión es proporcional a la velocidad media de las moléculas. En el caso de los gases, la velocidad media de las moléculas pequeñas es mayor, es decir, es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la masa de la molécula y aumenta al aumentar la temperatura. Los procesos de difusión en sólidos a altas temperaturas suelen encontrar aplicaciones prácticas. Por ejemplo, ciertos tipos de tubos de rayos catódicos (CRT) utilizan torio metálico difundido a través de tungsteno a 2000 ºC.

Si en una mezcla de gases una molécula es cuatro veces más pesada que otra, entonces dicha molécula se mueve dos veces más lento que en un gas puro. En consecuencia, su velocidad de difusión también es menor. Esta diferencia en la velocidad de difusión de moléculas ligeras y pesadas se utiliza para separar sustancias con diferentes pesos moleculares. Un ejemplo es la separación de isótopos. Si un gas que contiene dos isótopos pasa a través de una membrana porosa, los isótopos más ligeros atraviesan la membrana más rápido que los más pesados. Para una mejor separación, el proceso se lleva a cabo en varias etapas. Este proceso se utilizó ampliamente para separar los isótopos de uranio (separación del 235U, que es fisible bajo irradiación de neutrones, del 238U en masa). Dado que este método de separación requiere mucha energía, se han desarrollado otros métodos de separación más económicos. Por ejemplo, el uso de la difusión térmica en un entorno gaseoso está ampliamente desarrollado. Un gas que contiene una mezcla de isótopos se coloca en una cámara en la que se mantiene una diferencia espacial de temperatura (gradiente). En este caso, los isótopos pesados ​​se concentran con el tiempo en la región fría.

Conclusión. Los cambios difusos se ven afectados por:

· peso molecular de la sustancia (cuanto mayor es el peso molecular, menor es la velocidad);

· la distancia promedio entre colisiones de partículas (cuanto mayor sea la longitud del camino, mayor será la velocidad);

· presión (cuanto mayor sea el empaquetamiento de partículas, más difícil será atravesarlo),

· temperatura (a medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad).

II.4. Difusión en la naturaleza inanimada.

¿Sabías que toda nuestra vida se basa en una extraña paradoja de la naturaleza? Todo el mundo sabe que el aire que respiramos está formado por gases de diferentes densidades: nitrógeno N2, oxígeno O2, dióxido de carbono CO2 y una pequeña cantidad de otras impurezas. Y estos gases deben disponerse en capas, según la fuerza de la gravedad: el más pesado, el CO 2, está en la superficie misma de la tierra, encima está el O 2 y aún más arriba está el N 2. Pero esto no sucede. Estamos rodeados por una mezcla homogénea de gases. ¿Por qué no se apaga la llama? Después de todo, ¿el oxígeno que lo rodea se quema rápidamente? Aquí, como en el primer caso, actúa el mecanismo de alineación. ¡La difusión previene el desequilibrio en la naturaleza!

¿Por qué el mar está salado? Sabemos que los ríos atraviesan el espesor de las rocas y los minerales y arrastran sales al mar. ¿Cómo se mezclan la sal y el agua? Esto se puede explicar con un sencillo experimento:

DESCRIPCIÓN DE LA EXPERIENCIA: Vierta una solución acuosa de sulfato de cobre en un recipiente de vidrio. Vierta con cuidado agua limpia sobre la solución. Observamos el límite entre líquidos.

Pregunta:¿Qué pasará con estos líquidos con el tiempo y qué observaremos?

Con el tiempo, el límite entre los líquidos en contacto comenzará a desdibujarse. Se puede colocar un recipiente con líquidos en un armario y día tras día se puede observar cómo se produce la mezcla espontánea de líquidos. Al final se forma en el recipiente un líquido homogéneo de color azul pálido, casi incoloro a la luz.

Las partículas de sulfato de cobre son más pesadas que el agua, pero debido a la difusión se elevan lentamente. La razón es la estructura del líquido. Las partículas líquidas están empaquetadas en grupos compactos: pseudonúcleos. Están separados entre sí por vacíos: agujeros. Los núcleos no son estables; sus partículas no permanecen en equilibrio por mucho tiempo. Tan pronto como se imparte energía a la partícula, ésta se desprende del núcleo y cae al vacío. Desde allí salta fácilmente a otro núcleo, etc.

Las moléculas de una sustancia extraña comienzan su viaje a través del líquido desde los agujeros. En el camino, chocan con los núcleos, les quitan partículas y ocupan su lugar. Moviéndose de un lugar libre a otro, se mezclan lentamente con partículas líquidas. Ya sabemos que la tasa de difusión es baja. Por lo tanto, en condiciones normales, este experimento duró 18 días, con calentamiento, de 2 a 3 minutos.

Conclusión: ¡En la llama del Sol, la vida y muerte de estrellas luminosas distantes, en el aire que respiramos, los cambios de clima, en casi todos los fenómenos físicos vemos la manifestación de una difusión todopoderosa!

II.5. Difusión en la naturaleza viva.

Los procesos de difusión ahora se han estudiado bien, se han establecido sus leyes físicas y químicas y son bastante aplicables al movimiento de moléculas en un organismo vivo. La difusión en los organismos vivos está indisolublemente ligada a la membrana plasmática de la célula. Por tanto, es necesario descubrir cómo está estructurado y cómo se relacionan las características de su estructura con el transporte de sustancias en la célula.

La membrana plasmática (plasmalema, membrana celular), una estructura periférica superficial que rodea el protoplasma de las células vegetales y animales, sirve no solo como una barrera mecánica, sino que, lo más importante, limita el libre flujo bidireccional de bajas y altas concentraciones. sustancias moleculares dentro y fuera de la célula. Además, el plasmalema actúa como una estructura que “reconoce” diversas sustancias químicas y regula el transporte selectivo de estas sustancias al interior de la célula.

La superficie exterior de la membrana plasmática está cubierta con una capa fibrosa suelta de una sustancia de 3 a 4 nm de espesor: el glicocálix. Consiste en cadenas ramificadas de carbohidratos complejos, proteínas integrales de membrana, entre las cuales se pueden ubicar compuestos secretados por células de proteínas con azúcares y proteínas con grasas. Aquí también se encuentran algunas enzimas celulares implicadas en la descomposición extracelular de sustancias (digestión extracelular, por ejemplo, en el epitelio intestinal).

Dado que el interior de la capa lipídica es hidrofóbico, representa una barrera prácticamente impenetrable para la mayoría de las moléculas polares. Gracias a la presencia de esta barrera, se evita la fuga del contenido celular, pero debido a esto, la célula se vio obligada a crear mecanismos especiales para transportar sustancias solubles en agua a través de la membrana.

La membrana plasmática, al igual que otras membranas celulares de lipoproteínas, es semipermeable. El agua y los gases disueltos en ella tienen la máxima capacidad de penetración. El transporte de iones puede ocurrir a lo largo de un gradiente de concentración, es decir, de forma pasiva, sin consumo de energía. En este caso, algunas proteínas de transporte de membrana forman complejos moleculares, canales por los que los iones atraviesan la membrana por simple difusión. En otros casos, proteínas especiales de transporte de membrana se unen selectivamente a uno u otro ion y lo transportan a través de la membrana. Este tipo de transporte se denomina transporte activo y se realiza mediante bombas de iones de proteínas. Por ejemplo, al gastar 1 molécula de ATP, el sistema de bomba K-Na bombea 3 iones Na de la célula en un ciclo y bombea 2 iones K contra el gradiente de concentración. En combinación con el transporte activo de iones, varios azúcares, nucleótidos y aminoácidos penetran en el plasmalema. Las macromoléculas, como las proteínas, no atraviesan la membrana. Ellos, al igual que las partículas más grandes de la sustancia, se transportan al interior de la célula mediante endocitosis. Durante la endocitosis, una determinada área del plasmalema captura, envuelve material extracelular y lo encierra en una vacuola de membrana. Esta vacuola, un endosoma, se fusiona en el citoplasma con el lisosoma primario y se produce la digestión del material capturado. La endocitosis se divide formalmente en fagocitosis (absorción de partículas grandes por parte de la célula) y pinocitosis (absorción de soluciones). La membrana plasmática también participa en la eliminación de sustancias de la célula mediante exocitosis, un proceso inverso a la endocitosis.

La difusión de iones en soluciones acuosas es especialmente importante para los organismos vivos. No menos importante es el papel de la difusión en la respiración, la fotosíntesis y la transpiración de las plantas; en la transferencia de oxígeno del aire a través de las paredes de los alvéolos de los pulmones y su entrada a la sangre de humanos y animales. La difusión de iones moleculares a través de las membranas se logra mediante el potencial eléctrico dentro de la célula. Al poseer una permeabilidad selectiva, las membranas desempeñan el papel de aduanas cuando se mueven mercancías a través de la frontera: algunas sustancias se dejan pasar, otras se retienen y otras generalmente son “expulsadas” de la célula. El papel de las membranas en la vida celular es muy importante. Una célula moribunda pierde el control sobre la capacidad de regular la concentración de sustancias a través de la membrana. El primer signo de una célula moribunda es el comienzo de cambios en la permeabilidad y el mal funcionamiento de su membrana externa.

Además del transporte convencional (el proceso cinético de transferencia de partículas de una sustancia bajo la influencia de gradientes de potencial eléctrico o químico, temperatura o presión), el transporte activo también tiene lugar en los procesos celulares: el movimiento de moléculas e iones contra el gradiente de concentración de sustancias. Este mecanismo de difusión se llama ósmosis. (La ósmosis fue observada por primera vez por A. Nolle en 1748, pero las investigaciones sobre este fenómeno comenzaron un siglo después.) Este proceso se lleva a cabo debido a diferentes presiones osmóticas en una solución acuosa en diferentes lados de una membrana biológica. El agua a menudo pasa libremente a través de ella. ósmosis a través de una membrana, pero esta membrana puede ser impermeable a sustancias disueltas en agua. Es curioso que el agua fluya en contra de la difusión de esta sustancia, pero obedeciendo la ley general del gradiente de concentración (en este caso, el agua).

Por tanto, el agua tiende desde una solución más diluida, donde su concentración es mayor, a una solución más concentrada de una sustancia, en la que la concentración de agua es menor. Al no poder absorber y bombear agua directamente, la célula lo hace mediante ósmosis, cambiando la concentración de sustancias disueltas en ella. La ósmosis iguala la concentración de la solución en ambos lados de la membrana. El estado tenso de la membrana celular, que se llama presión de turgencia, depende de la presión osmótica de las soluciones de sustancias a ambos lados de la membrana celular y de la elasticidad de la membrana celular, que se llama presión de turgencia (turgor - del latín turgere - estar hinchado, lleno). Por lo general, la elasticidad de las membranas de las células animales (excluyendo algunos celentéreos) es baja, carecen de una alta presión de turgencia y conservan su integridad solo en soluciones isotónicas o en aquellas que difieren poco de las isotónicas (la diferencia entre la presión interna y externa es inferior a 0,5-1,0). soy). En las células vegetales vivas, la presión interna es siempre mayor que la presión externa, sin embargo, en ellas no se produce rotura de la membrana celular debido a la presencia de una pared celular de celulosa. La diferencia entre la presión interna y externa en las plantas (por ejemplo, en las plantas halófitas, hongos amantes de la sal) alcanza las 50-100 am. Pero aun así, el margen de seguridad de la célula vegetal es del 60-70%. En la mayoría de las plantas, el alargamiento relativo de la membrana celular debido a la turgencia no supera el 5-10%, y la presión de turgencia está en el rango de 5-10 am. Gracias a la turgencia, los tejidos vegetales tienen elasticidad y resistencia estructural. (Los experimentos nº 3, nº 4 lo confirman). Todos los procesos de autólisis (autodestrucción), marchitamiento y envejecimiento van acompañados de una caída de la presión de turgencia.

Al considerar la difusión en la naturaleza viva, no se puede dejar de mencionar la absorción. La absorción es el proceso de entrada de diversas sustancias del medio ambiente a través de las membranas celulares a las células y, a través de ellas, al entorno interno del cuerpo. En las plantas, este es el proceso de absorción de agua con sustancias disueltas en ella por raíces y hojas mediante ósmosis y difusión; en invertebrados, del medio ambiente o del líquido de la cavidad. En los organismos primitivos, la absorción se produce mediante pinocitosis y fagocitosis. En los vertebrados, la absorción puede ocurrir tanto desde los órganos de la cavidad (pulmones, útero, vejiga) como desde la superficie de la piel, desde la superficie de la herida, etc. La piel absorbe los gases y vapores volátiles.

La mayor importancia fisiológica es la absorción en el tracto gastrointestinal, que se produce principalmente en el intestino delgado. Para una transferencia eficiente de sustancias, son de particular importancia la gran superficie del intestino y el flujo sanguíneo constantemente alto en la membrana mucosa, por lo que se mantiene un alto gradiente de concentración de los compuestos absorbidos. En los seres humanos, el flujo sanguíneo mesentérico durante las comidas es de aproximadamente 400 ml/min, y en el momento álgido de la digestión, hasta 750 ml/min, siendo la proporción principal (hasta el 80%) el flujo sanguíneo en la membrana mucosa de los órganos digestivos. . Debido a la presencia de estructuras que aumentan la superficie de la membrana mucosa (pliegues circulares, vellosidades, microvellosidades), el área total de la superficie de absorción del intestino humano alcanza los 200 m2.

Las soluciones de agua y sal pueden difundirse a ambos lados de la pared intestinal, tanto en el intestino delgado como en el grueso. Su absorción se produce principalmente en las partes superiores del intestino delgado. El transporte de iones Na+ en el intestino delgado es de gran importancia, por lo que se crean principalmente gradientes eléctricos y osmóticos. La absorción de iones Na+ se produce mediante mecanismos tanto activos como pasivos.

Si la célula no tuviera sistemas para regular la presión osmótica, entonces la concentración de solutos en su interior sería mayor que sus concentraciones externas. Entonces la concentración de agua en la célula sería menor que su concentración en el exterior. Como resultado, se produciría un flujo constante de agua hacia el interior de la célula y su ruptura. Afortunadamente, las células animales y las bacterias controlan la presión osmótica en sus células bombeando activamente iones inorgánicos como el Na. Por tanto, su concentración total dentro de la célula es menor que en el exterior. Por ejemplo, los anfibios pasan una parte importante de su tiempo en el agua y el contenido de sal en la sangre y la linfa es mayor que en el agua dulce. Los organismos anfibios absorben agua continuamente a través de su piel. Por tanto, producen mucha orina. Una rana, por ejemplo, si le vendan la cloaca, se hincha como un globo. Y, a la inversa, si un anfibio cae en agua de mar salada, se deshidrata y muere muy rápidamente. Por tanto, los mares y océanos son un obstáculo insuperable para los anfibios. Las células vegetales tienen paredes rígidas que las protegen de la hinchazón. Muchos protozoos evitan estallar del agua que ingresa a la célula con la ayuda de mecanismos especiales que expulsan regularmente el agua entrante.

Por tanto, la célula es un sistema termodinámico abierto, que intercambia materia y energía con el medio ambiente, pero mantiene una cierta constancia del medio interno. Estas dos propiedades de un sistema autorregulador (apertura y constancia) se cumplen simultáneamente, y el metabolismo (metabolismo) es responsable de la constancia de la célula. El metabolismo es el regulador que contribuye a la preservación del sistema; asegura una respuesta adecuada a las influencias ambientales. Por tanto, una condición necesaria para el metabolismo es la irritabilidad del sistema vivo en todos los niveles, que al mismo tiempo actúa como factor de sistematicidad e integridad del sistema.

Las membranas pueden cambiar su permeabilidad bajo la influencia de factores químicos y físicos, incluso como resultado de la despolarización de la membrana cuando un impulso eléctrico atraviesa el sistema neuronal y lo influye.

Una neurona es un trozo de fibra nerviosa. Si un estímulo actúa en un extremo del mismo, se produce un impulso eléctrico. Su valor es de aproximadamente 0,01 V para las células musculares humanas y se propaga a una velocidad de aproximadamente 4 m/s. Cuando el impulso llega a una sinapsis, una conexión entre neuronas, que puede considerarse como una especie de relevo que transmite una señal de una neurona a otra, el impulso eléctrico se convierte en un impulso químico mediante la liberación de neurotransmisores, sustancias intermediarias específicas. Cuando las moléculas de dicho intermediario entran en el espacio entre las neuronas, el neurotransmisor llega al final del espacio por difusión y excita la siguiente neurona.

Sin embargo, una neurona reacciona sólo si hay moléculas especiales en su superficie: receptores que sólo pueden unirse a un transmisor determinado y no reaccionar ante otro. Esto ocurre no sólo en la membrana, sino también en cualquier órgano, como por ejemplo un músculo, provocando su contracción. Las señales-impulsos a través de las sinapsis pueden inhibir o mejorar la transmisión de otras y, por lo tanto, las neuronas realizan funciones lógicas ("y", "o"), que hasta cierto punto sirvieron de base para que N. Wiener creyera que los procesos computacionales en el El cerebro de un organismo vivo y el de las computadoras siguen esencialmente el mismo patrón. Entonces, el enfoque informativo nos permite describir la naturaleza viva e inanimada de forma unificada.

El proceso mismo de la señal que influye en la membrana consiste en cambiar su alta resistencia eléctrica, ya que la diferencia de potencial en ella también es del orden de 0,01 V. Una disminución de la resistencia conduce a un aumento del pulso de corriente eléctrica y se transmite la excitación. además en forma de impulso nervioso, cambiando así la posibilidad de atravesar la membrana de ciertos iones. Por tanto, la información en el cuerpo puede transmitirse en combinación mediante mecanismos químicos y físicos, lo que garantiza la fiabilidad y diversidad de canales para su transmisión y procesamiento en un sistema vivo.

Los procesos de respiración normal de un organismo vivo, que requiere oxígeno O2 obtenido como resultado de la fotosíntesis, están estrechamente relacionados con los procesos de respiración normal de un organismo vivo, cuando se forman moléculas de ATP en las mitocondrias de una célula, proporcionándole la energía necesaria. Los mecanismos de estos procesos también se basan en las leyes de difusión. Básicamente, estos son los componentes materiales y energéticos necesarios para un organismo vivo. La fotosíntesis es el proceso de almacenar energía solar mediante la formación de nuevos enlaces en las moléculas de sustancias sintetizadas. Los materiales de partida para la fotosíntesis son agua H 2 O y dióxido de carbono CO 2. A partir de estos compuestos inorgánicos simples se forman nutrientes más complejos y ricos en energía. El oxígeno molecular O2 se forma como subproducto, pero es muy importante para nosotros. Un ejemplo es una reacción que se produce debido a la absorción de cuantos de luz y la presencia del pigmento clorofila contenido en los cloroplastos.

El resultado es una molécula de azúcar C 6 H 12 O 6 y seis moléculas de oxígeno O 2. El proceso avanza en etapas, primero en la etapa de fotólisis, al dividir el agua, se forman hidrógeno y oxígeno, y luego el hidrógeno, combinado con dióxido de carbono, forma un carbohidrato: el azúcar C 6 H 12 O 6. Esencialmente, la fotosíntesis es la conversión de la energía radiante del Sol en energía de enlaces químicos de sustancias orgánicas emergentes. Así, la fotosíntesis, que produce oxígeno O 2 en la luz, es el proceso biológico que proporciona energía libre a los organismos vivos. El proceso de respiración normal como proceso metabólico en el cuerpo asociado con el consumo de oxígeno es lo opuesto al proceso de fotosíntesis. Ambos procesos pueden seguir la siguiente cadena:

Energía solar (fotosíntesis)

nutrientes + (respiración)

Energía de los enlaces químicos.

Los productos finales de la respiración sirven como materiales de partida para la fotosíntesis. Así, los procesos de fotosíntesis y respiración participan en el ciclo de las sustancias en la Tierra. Parte de la radiación solar es absorbida por las plantas y algunos organismos que, como ya sabemos, son autótrofos, es decir. autoalimentación (el alimento para ellos es la luz del sol). Como resultado del proceso de fotosíntesis, los autótrofos unen dióxido de carbono y agua atmosféricos, formando hasta 150 mil millones de toneladas de sustancias orgánicas, asimilando hasta 300 mil millones de toneladas de CO 2 y liberando alrededor de 200 mil millones de toneladas de oxígeno libre O 2 anualmente.

Las sustancias orgánicas resultantes son utilizadas como alimento por humanos y herbívoros, que, a su vez, se alimentan de otros heterótrofos. Los restos de plantas y animales se descomponen entonces en sustancias inorgánicas simples, que pueden volver a participar en la fotosíntesis en forma de CO 2 y H 2 O. Parte de la energía resultante, incluida la almacenada en forma de combustible fósil, se utiliza para el consumo de organismos vivos, mientras que otra parte se disipa inútilmente en el medio ambiente. Por tanto, el proceso de fotosíntesis, debido a la capacidad de aportarle la energía y el oxígeno necesarios, es en una determinada etapa del desarrollo de la biosfera terrestre un catalizador para la evolución de los seres vivos.

Los procesos de difusión son la base del metabolismo en la célula, lo que significa que con su ayuda estos procesos se llevan a cabo a nivel de órganos. Así se producen los procesos de absorción en los pelos radiculares de las plantas, en los intestinos de los animales y del hombre; Intercambio de gases en estomas de plantas, pulmones y tejidos de humanos y animales, procesos excretores.

Los biólogos llevan más de 150 años estudiando la estructura y el estudio de las células, empezando por Schleiden, Schwann, Purime y Virchow, quienes en 1855 establecieron el mecanismo de crecimiento celular dividiéndolas. Se encontró que cada organismo se desarrolla a partir de una sola célula, la cual comienza a dividirse y como resultado de esto se forman muchas células que son notablemente diferentes entre sí. Pero dado que el desarrollo del organismo comenzó inicialmente con la división de la primera célula, en una etapa de nuestro ciclo de vida conservamos similitudes con un ancestro unicelular muy lejano, y se puede decir en broma que es más probable que descendamos de un ameba que de un mono.

Los órganos se forman a partir de células y el sistema celular adquiere cualidades que sus elementos constituyentes no tienen, es decir. células individuales. Estas diferencias se deben al conjunto de proteínas que sintetiza una determinada célula. Existen células musculares, células nerviosas, células sanguíneas (eritrocitos), células epiteliales y otras, según su funcionalidad. La diferenciación celular se produce gradualmente durante el desarrollo del organismo. En el proceso de división celular, su vida y muerte, se produce un reemplazo continuo de células a lo largo de la vida del organismo.

Ninguna molécula de nuestro cuerpo permanece inalterada durante más de unas pocas semanas o meses. Durante este tiempo, las moléculas se sintetizan, cumplen su papel en la vida de la célula, son destruidas y reemplazadas por otras moléculas más o menos idénticas. Lo más sorprendente es que los organismos vivos en su conjunto son mucho más constantes que las moléculas que los componen, y la estructura de las células y de todo el cuerpo formado por estas células permanece sin cambios en este ciclo continuo, a pesar de la sustitución de componentes individuales.

Además, no se trata de reemplazar partes individuales del automóvil, sino, como compara en sentido figurado S. Rose, la carrocería con un edificio de ladrillos, “de donde un albañil loco saca continuamente un ladrillo tras otro día y noche e inserta otros nuevos. en su lugar. Al mismo tiempo, la apariencia exterior del edificio sigue siendo la misma, pero el material se reemplaza constantemente”. Nacemos con algunas neuronas y células y morimos con otras. Un ejemplo es la conciencia, la comprensión y la percepción de un niño y una persona mayor. Todas las células contienen información genética completa para la construcción de todas las proteínas de un organismo determinado. El almacenamiento y transmisión de información hereditaria se realiza mediante el núcleo celular.

Conclusión: No se puede exagerar el papel de la permeabilidad de la membrana plasmática en la vida celular. La mayoría de los procesos asociados con el suministro de energía a la célula, la obtención de productos y la eliminación de los productos de descomposición se basan en las leyes de difusión a través de esta barrera viva semipermeable.

Ósmosis- en esencia, la simple difusión de agua desde lugares con mayor concentración de agua a lugares con menor concentración de agua.

Transporte pasivo– se trata de la transferencia de sustancias desde lugares con un alto potencial electroquímico a lugares con un valor menor. La transferencia de pequeñas moléculas solubles en agua se realiza mediante proteínas de transporte especiales. Se trata de proteínas transmembrana especiales, cada una de las cuales es responsable del transporte de moléculas específicas o grupos de moléculas relacionadas.

A menudo es necesario asegurar el transporte de moléculas a través de una membrana en contra de su gradiente electroquímico. Este proceso se llama transporte activo y lo llevan a cabo proteínas portadoras, cuya actividad requiere energía. Si combina una proteína transportadora con una fuente de energía, puede obtener un mecanismo que garantice el transporte activo de sustancias a través de la membrana.

II.6. Aplicación de la difusión.

El hombre utiliza los fenómenos de difusión desde la antigüedad. Este proceso implica cocinar y calentar la casa. Encontramos difusión durante el tratamiento térmico de metales (soldadura, corte, recubrimiento, etc.); aplicar una fina capa de metales a la superficie de productos metálicos para aumentar la resistencia química, la resistencia, la dureza de piezas y dispositivos, o con fines protectores y decorativos (galvanizado, cromado, niquelado).

El gas natural inflamable que utilizamos en casa para cocinar no tiene color ni olor. Por lo tanto, sería difícil detectar inmediatamente una fuga de gas. Y cuando hay una fuga, el gas se propaga por la habitación debido a la difusión. Mientras tanto, con una cierta proporción de gas a aire en una habitación cerrada, se forma una mezcla que puede explotar, por ejemplo, con una cerilla encendida. El gas también puede provocar intoxicación.

Para que se note el flujo de gas hacia una habitación, en las estaciones de distribución el gas inflamable se mezcla previamente con sustancias especiales que tienen un olor fuerte y desagradable, fácilmente percibido por los humanos incluso en concentraciones muy bajas. Esta precaución le permite notar rápidamente la acumulación de gas en la habitación si ocurre una fuga.

En la industria moderna se utiliza el conformado al vacío, un método para fabricar productos a partir de láminas de termoplásticos. Se obtiene un producto de la configuración requerida debido a la diferencia de presión resultante del vacío en la cavidad del molde sobre la que se fija la lámina. Se utiliza, por ejemplo, en la producción de contenedores, piezas de frigoríficos y carcasas de instrumentos. Gracias a la difusión de esta forma, es posible soldar algo que es imposible soldar por sí solo (metal con vidrio, vidrio y cerámica, metales y cerámica, y mucho más).

Mediante la difusión de varios isótopos de uranio a través de membranas porosas, se trata el combustible para reactores nucleares. A veces el combustible nuclear se llama combustible nuclear.

La absorción (resorción) de sustancias cuando se introducen en el tejido subcutáneo, en los músculos o cuando se aplican a las membranas mucosas del ojo, la nariz o la piel del canal auditivo se produce principalmente debido a la difusión. Ésta es la base para el uso de muchas sustancias medicinales y la absorción en los músculos se produce más rápido que en la piel.

La sabiduría popular dice: “córtate el pelo mientras haya rocío”. Dime, ¿qué tiene que ver la difusión y el corte matutino? La explicación es muy sencilla. Durante el rocío de la mañana, los pastos tienen una mayor presión de turgencia, los estomas están abiertos y los tallos son elásticos, lo que los hace más fáciles de cortar (el pasto cortado con estomas cerrados se seca peor).

En horticultura, al brotar e injertar plantas, se forman callos en las secciones debido a la difusión (del latín callus - callus): tejido de la herida en forma de afluencia en los lugares de daño y promueve su curación, asegura la fusión del vástago con el portainjerto.

El callo se utiliza para obtener cultivo de tejido aislado (explante). Este es un método de conservación y cultivo a largo plazo en medios nutritivos especiales de células, tejidos, órganos pequeños o sus partes aisladas del cuerpo humano, animales y plantas. Basado en métodos de cultivo de un cultivo de microorganismos que proporcionan asepsia, nutrición, intercambio gaseoso y eliminación de productos metabólicos de los objetos cultivados. Una de las ventajas del método de cultivo de tejidos es la capacidad de observar la actividad vital de las células mediante un microscopio. Para ello, el tejido vegetal se cultiva en medios nutritivos que contienen auxinas y citoquininas. El callo generalmente consiste en células homogéneas poco diferenciadas de tejido educativo, pero cuando cambian las condiciones de crecimiento, especialmente el contenido de fitohormonas en el medio nutritivo, es posible la formación de floema, xilema y otros tejidos, así como el desarrollo de varios órganos. y toda la planta.

II.7. Diseño de experimentos individuales.

Utilizando literatura científica, intenté repetir los experimentos que me resultaban más interesantes. El mecanismo de difusión y los resultados de estos experimentos los presenté en forma de modelos de animación.

EXPERIENCIA 1. Tome dos tubos de ensayo: la mitad llena de agua y la otra mitad llena de arena. Vierte el agua en un tubo de ensayo con arena. El volumen de una mezcla de agua y arena en un tubo de ensayo es menor que la suma de los volúmenes de agua y arena.

EXPERIENCIA 2. Llene un tubo de vidrio largo hasta la mitad con agua y luego vierta alcohol coloreado encima. Marcar el nivel general de líquidos en el tubo con una anilla de goma. Después de mezclar agua y alcohol, el volumen de la mezcla disminuye.

(Los experimentos 1 y 2 demuestran que existen espacios entre las partículas de materia; durante la difusión, se llenan con partículas de una sustancia extraña).

EXPERIENCIA 3. Ponemos en contacto un algodón humedecido con amoniaco con un algodón humedecido con el indicador fenolftaleína. Observamos la coloración de los vellones de color carmesí.

Ahora se coloca en el fondo de un recipiente de vidrio un algodón humedecido con amoniaco y otro humedecido con fenolftaleína. Colóquelo en la tapa y cubra el recipiente de vidrio con esta tapa. Después de un tiempo, el algodón empapado en fenolftaleína comienza a colorear.

Como resultado de la interacción con el amoníaco, la fenolftaleína se vuelve carmesí, que es lo que observamos cuando el algodón entró en contacto. Pero, ¿por qué entonces, en el segundo caso, un algodón empapado en fenolftaleína? ¿También está pintado, porque ahora los vellones no se ponen en contacto? Respuesta: movimiento caótico continuo de partículas de sustancias.

EXPERIENCIA 4. Coloque una tira estrecha de papel de filtro empapada en una mezcla de pasta de almidón y solución indicadora de fenolftaleína a lo largo de la pared dentro de un recipiente cilíndrico alto. Coloque cristales de yodo en el fondo del recipiente. Cierre herméticamente el recipiente con una tapa de la que se suspende un algodón empapado en una solución de amoníaco.

Debido a la interacción del yodo con el almidón, un color azul violeta sube por la tira de papel. Al mismo tiempo, un color carmesí se extiende hacia abajo, evidencia del movimiento de las moléculas de amoníaco. Después de unos minutos, los límites de las áreas coloreadas del papel se unirán y luego los colores azul y carmesí se mezclarán, es decir, se producirá la difusión.[10]

EXPERIENCIA 5.(gastarlo juntos) Tome un reloj con segundero, una cinta métrica, una botella de eau de toilette y párese en diferentes rincones de la habitación. Se anota la hora y se abre la botella. Otro nota el momento en que huele el eau de toilette. Midiendo la distancia entre los experimentadores, encontramos la velocidad de difusión. Para mayor precisión, el experimento se repite de 3 a 4 veces y se calcula el valor de velocidad promedio. Si la distancia entre los experimentadores es de 5 metros, el olor se siente después de 12 minutos. Es decir, la velocidad de difusión en este caso es de 2,4 m/min.

EXPERIENCIA 6. DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD DEL PLASMA MEDIANTE EL MÉTODO DE PLASMÓLISIS (según P.A. Genkel).

Velocidad de avance plasmólisis convexa en las células vegetales cuando se tratan con una solución hipertánica, depende de la viscosidad del citoplasma; cuanto menor es la viscosidad del citoplasma, antes la plasmólisis cóncava se vuelve convexa. La viscosidad del citoplasma depende del grado de dispersión de las partículas coloidales y de su hidratación, del contenido de agua de la célula, de la edad de las células y de otros factores.

Progreso. Haga una sección delgada de la epidermis a partir de una hoja de aloe, o arranque la epidermis de las suaves escamas de una cebolla. Los cortes preparados se tiñen en un vidrio de reloj durante 10 minutos en una solución roja neutra a una concentración de 1:5000. Luego, las secciones del objeto se colocan en un portaobjetos de vidrio en una gota de sacarosa de baja concentración y se cubren con un cubreobjetos. Bajo un microscopio, se observa el estado de plasmólisis. Primero, se observa plasmólisis cóncava en las células. Posteriormente, esta forma se conserva o, con distinta velocidad, se transforma en una forma convexa. Es importante tener en cuenta el momento de transición de la plasmólisis cóncava a la convexa. El período de tiempo durante el cual la plasmólisis cóncava se transforma en plasmólisis convexa es un indicador del grado de viscosidad del protoplasma. Cuanto mayor sea el tiempo de transición a la plasmólisis convexa, mayor será la viscosidad del plasma. La plasmólisis en las células de la cebolla comienza más rápido que en la piel del aloe. Esto significa que el citoplasma de las células de aloe es más viscoso.

EXPERIENCIA 7. PLASMOLISIS. DEPLASMOLISIS. PENETRACIÓN DE SUSTANCIAS EN LA VACUOLA [2]

Algunas sustancias orgánicas penetran con bastante rapidez en la vacuola. En las células, cuando se mantienen en soluciones de tales sustancias, la plasmólisis se pierde con relativa rapidez y se produce desplasmólisis.

La deplasmólisis es la restauración de la turgencia en las células.(es decir, el fenómeno opuesto a la plasmólisis).

Progreso. Se colocan secciones de la epidermis superior de escamas de cebolla coloreadas (lado cóncavo) en una gota de solución I M de fertilizante vegetal urea o glicerol directamente sobre un portaobjetos de vidrio y se cubren con un cubreobjetos. Después de 15 a 30 minutos, los objetos se examinan bajo un microscopio. Las células plasmolizadas son claramente visibles. Deje las secciones en una gota de solución durante otros 30 a 40 minutos. Luego vuelven a mirar con un microscopio y observan la deplasmólisis, la restauración de la turgencia.

Conclusión : Las plantas no pueden controlar claramente la cantidad de sustancias químicas que entran y salen de las células.

III. Conclusión.

Las leyes de difusión gobiernan los procesos de movimientos físicos y químicos de los elementos en el interior de la Tierra y en el Universo, así como los procesos vitales de las células y tejidos de los organismos vivos. La difusión juega un papel importante en diversos campos de la ciencia y la tecnología, en procesos que ocurren en la naturaleza viva e inanimada. La difusión influye en el curso de muchas reacciones químicas, así como en muchos procesos y fenómenos fisicoquímicos: membrana, evaporación, condensación, cristalización, disolución, hinchazón, combustión, catalítica, cromatográfica, luminiscente, eléctrica y óptica en semiconductores, moderación de neutrones en reactores nucleares, etc. . La difusión es de gran importancia en la formación de una doble capa eléctrica en los límites de fase, difusión y electroforesis, en procesos fotográficos para la obtención rápida de imágenes, etc. La difusión sirve de base para muchas operaciones técnicas habituales: sinterización de polvos, tratamiento químico-térmico. de metales, metalización y soldadura de materiales, curtido de cueros y pieles, teñido de fibras, movimiento de gases mediante bombas de difusión. El papel de la difusión ha aumentado significativamente debido a la necesidad de crear materiales con propiedades predeterminadas para el desarrollo de campos tecnológicos (energía nuclear, astronáutica, procesos de radiación y plasmaquímicos, etc.). El conocimiento de las leyes que rigen la difusión permite prevenir cambios no deseados en los productos que ocurren bajo la influencia de altas cargas y temperaturas, radiación y mucho, mucho más...

¿Cómo sería el mundo sin difusión? Detén el movimiento térmico de las partículas y ¡todo lo que te rodea quedará muerto!

En mi trabajo resumí el material recopilado sobre el tema del resumen y preparé una presentación realizada en el editor de Power Point para su defensa. Esta presentación, en mi opinión, puede diversificar el material didáctico sobre este tema. Algunos de los experimentos descritos en la literatura fueron repetidos y ligeramente modificados por mí. Los ejemplos más interesantes de difusión se presentan en las diapositivas de presentación en modelos animados.

IV. Libros usados:

1. Antonov V.F., Chernysh A.M., Pasechnik V.I. y otros Biofísica.

M., Arktos-Vika-press, 1996

2. Afanasyev Yu.I., Yurina N.A., Kotovsky E.F. y otros Histología.

M. Medicina, 1999.

3. Alberts B., Bray D., Lewis J. et al. Biología molecular de la célula.

En 3 volúmenes. Volumen 1. M., Mir, 1994.

4. Gran Enciclopedia de Cirilo y Metodio 2006

5. Varikash V.M. y otros Física en la naturaleza viva. Minsk, 1984.

6. Demyankov E.N. Problemas en biología. M. Vlados, 2004.

7. Nikolaev N.I. Difusión en membranas. M. Química, 1980, página 76

8. Peryshkin A.V. Física. 7. M. Avutarda, 2004.

9. Diccionario enciclopédico físico, M., 1983, p. 174-175, 652, 754

10. Shablovsky V. Física entretenida. San Petersburgo, “trigon” 1997, p.416

11.xttp//biografía. fizten/ru./

12.xttp//markiv. narod.ru./

13. “http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%84%D1%84%D1%83%D0%B7%D0%B8%D1%8F” Categorías: Fenómenos a nivel atómico | Fenómenos termodinámicos | Fenómenos de transferencia | Difusión

Lección de biología general.

Tema de la lección: La difusión es la base de la vida.

Tipo de sesión de entrenamiento: lección integrada(según la clasificación de T.I. Shamova)

Objetivos de la sesión de formación:

1. Aspecto educativo: la formación de conocimientos sobre la estructura, propiedades y funciones de la capa interna de la membrana celular: la membrana plasmática (y, en su ejemplo, otras membranas celulares), el desarrollo del concepto de correspondencia de la estructura a las funciones desempeñadas.

2. Aspecto de desarrollo: activar el pensamiento de los estudiantes, la capacidad de comparar, analizar, la capacidad de formular conclusiones de forma independiente, promover el desarrollo del pensamiento lógico y la actividad cognitiva de los estudiantes.

3. Aspecto educativo: aumentar la motivación para estudiar biología, aumentar el interés por las materias de ciencias naturales, utilizar una variedad de técnicas de actividad, para demostrar que el conocimiento de las propiedades de un organismo vivo sólo es posible con la integración de los conocimientos obtenidos de diversas ciencias.

durante las clases

1. Momento organizacional

Preparar a los alumnos para el trabajo en la lección: saludo, actitud psicológica positiva hacia el trabajo, organización de la atención de todos los alumnos.

Maestro. ¡Buenas tardes, queridos estudiantes! Me alegro de conocerte y espero tu ayuda y cooperación durante la lección. Al entregarles una canasta de mandarinas, los invito a trabajar juntos. Si aceptas mi propuesta, abre las palmas hacia mí y, si no, aléjalas de mí. Es un placer mirar estas frutas; ¡las brillantes “bolas de color naranja” nos dan una sensación de alegría, deleite y júbilo!

2. Motivación de los estudiantes

Elegí las palabras del radioquímico húngaro D. Hevesy como epígrafe de nuestra lección: (primera diapositiva de la presentación)

Pregunta: ¿Cómo entiendes estas palabras?

razonamiento de los estudiantes

Organizar el trabajo de los estudiantes sobre un tema nuevo.

2. Recepción “Canasta de Ideas”

Invita a los estudiantes a pelar una mandarina.

Pregunta: "¿Qué ha cambiado en la audiencia?"

Pregunta: "¿Por qué sucedió esto?"

El profesor pone las respuestas de los estudiantes (en sentido figurado) en una “canasta de ideas”

Pregunta: "¿Qué fenómeno crees que subyace a estos procesos?"

Lo resume.

La condición principal es no repetir lo que ya han dicho otros.

Maestro: ¿Por qué sucede esto, que es evidencia del movimiento continuo de moléculas en la naturaleza viva e inanimada? ¿Qué procesos subyacen a estos movimientos? Hablaremos de esto hoy.

3. Establecimiento de objetivos

Maestro: Invita a los estudiantes a formular el tema de la lección.

Corrige el tema de la lección: “La difusión es la base de la vida”.

Ayuda a los estudiantes a formular el propósito de la lección. El propósito de nuestra lección:demostrar que la difusión es la base de la vida.

Maestro: objetivos de la lección: ampliar el conocimiento sobre la estructura, propiedades y funciones de la membrana citoplasmática, mostrar la relación de disciplinas como "Física" y "Biología" en esta lección y demostrar que la difusión es la base de la vida.

3. Actualización de conocimientos.

Maestro: El material sobre el tema de la lección de hoy se basa en los conocimientos que adquirió previamente mientras estudiaba biología. Recordemos ahora algunos momentos.

Crucigrama "Estructuras celulares básicas"

(2da diapositiva de la presentación)

Maestro: La última palabra del crucigrama es "caparazón".

Pregunta: "¿Qué estructura celular se encuentra debajo de la membrana?"

4. y aprendiendo nuevo material

Maestro: Debajo de la pared celular hay una membrana plasmática (membrana - piel, película), que limita directamente con el citoplasma. El espesor de la membrana plasmática es de unos 10 nm.

Maestro:

1. Conjuntos pregunta:"¿Recuerdas qué sustancias forman la membrana plasmática?"

2. Una historia sobre la estructura de la membrana plasmática (en la diapositiva se muestra un diagrama de la estructura de la membrana)

(tercera diapositiva de la presentación)

Estudiantes: Proteínas y lípidos. Están dispuestos en dos capas.

Maestro: Las moléculas de lípidos en la membrana plasmática están dispuestas en dos filas y forman una capa continua. La mayoría de las membranas contienen fosfolípidos; contienen un residuo de ácido fosfórico. Las moléculas de fosfolípidos están dispuestas de tal manera que las “colas” hidrofílicas miran hacia adentro y las “cabezas” hidrofóbicas miran hacia afuera, hacia el agua.Además de los lípidos, la membrana contiene proteínas (hasta un 60%). Determinan las funciones específicas de la membrana. Las moléculas de proteínas y lípidos son móviles, capaces de moverse, principalmente en el plano de la membrana. Las moléculas de proteínas no forman una capa continua.

Hay:

proteínas periféricas- ubicado en la superficie exterior o interior de la membrana, puede convertir señales del entorno externo e interno,

proteínas semiintegrales– sumergido en la bicapa a diferentes profundidades, soportando la estructura de la membrana,

proteínas transmembrana– penetrar la membrana de un lado a otro, contactando con el entorno externo e interno de la célula, catalizar reacciones metabólicas, asegurar el transporte de cationes y aniones y formar poros.

Maestro: Propiedades de la membrana

Pero antes de pasar a las propiedades de las membranas, recordemos lo que sabes del curso de física.

Pregunta: “¿Qué explica, desde el punto de vista de la física, una de las propiedades de un líquido: la fluidez?”

Pregunta: “¿En qué caso se observa este fenómeno?”

Respuestas: Se explica por la atracción mutua de las moléculas líquidas. Este fenómeno se observa si la distancia entre las moléculas de un líquido es comparable al tamaño de la molécula.

Invita a los estudiantes a completar el diagrama mientras explican el material.

(Cuarta diapositiva de la presentación)

Maestro: Explicaremos las propiedades de la membrana mediante experimentos con una pompa de jabón.

Pregunta problemática: “¿Por qué cogimos una pompa de jabón?”

Demostración de la estructura de una pompa de jabón.

(quinta diapositiva de la presentación)

Maestro: Respuesta: Pero el caso es que las moléculas de jabón y fosfolípidos que forman las membranas tienen una estructura similar.

Experiencia: Un estudiante demuestra el flujo de líquido en la pared de una pompa de jabón colgada de un tubo de plástico.

La primera propiedad de las membranas es la movilidad.

Una bicapa lipídica es esencialmente una formación líquida, dentro de cuyo plano las moléculas pueden moverse libremente, "fluir" sin perder contactos debido a la atracción mutua. Las colas hidrofóbicas pueden deslizarse libremente unas sobre otras.

Experiencia: El estudiante demuestra cómo al perforar una pompa de jabón y luego retirar la aguja, se restablece inmediatamente la integridad de su pared.

Maestro: La segunda propiedad es la capacidad de cerrarse por sí solo.

Gracias a esta capacidad, las células pueden fusionarse fusionando sus membranas plasmáticas (por ejemplo, durante el desarrollo del tejido muscular). El mismo efecto se observa al cortar una célula en dos partes con un microcuchillo, después de lo cual cada parte se rodea por una membrana plasmática cerrada.

Pregunta: “¿En qué caso, desde el punto de vista de la física, se observa atracción mutua entre moléculas?”

Respuesta: Se observa atracción mutua si la distancia entre las moléculas es comparable al tamaño de la molécula, pero si la distancia se vuelve mucho mayor, entonces no aparece la atracción mutua.

Fragmento de vídeo “Difusión facilitada”

Maestro: La tercera propiedad más importante de una membrana es su permeabilidad selectiva. Esto significa que las moléculas y los iones la atraviesan a diferentes velocidades, y cuanto mayor es el tamaño de las moléculas, más lenta es la velocidad a la que atraviesan la membrana. Esta propiedad define la membrana plasmática como barrera osmótica. El agua y los gases disueltos en ella tienen la máxima capacidad de penetración; Los iones atraviesan la membrana mucho más lentamente.

Maestro: Nombra las propiedades de la membrana:

Los estudiantes responden: 1. Movilidad. 2. Autocierre. 3. Permeabilidad selectiva. (sexta diapositiva de la presentación)

Maestro: Ahora descansemos un poco.

minuto de educación física

Maestro:

Demostración de experiencia. “Observación de la plasmólisis y desplasmólisis de una célula vegetal”(clip de vídeo)

Preguntas:

¿Qué es la plasmólisis?

¿Qué fenómeno se llama deplasmólisis?

¿Qué es la ósmosis?

Saca conclusiones junto con los estudiantes.

Maestro: Conclusión:

PLASMOLISIS - separación de la capa parietal de citoplasma de la capa dura de la célula vegetal.

DEPLASMOLISIS

ÓSMOSIS

Hemos confirmado que la membrana plasmática es selectivamente permeable.

Maestro: Oparin Alexander Ivanovich dijo que después de que aparecieron las membranas... los primeros organismos vivos pudieron formarse a partir de la sopa hervida en los mares. ¿Sobre qué base llegó el científico a esta afirmación?

Estudiantes: La membrana delimita el contenido celular del ambiente externo.

Maestro: ¿Recordemos cuáles son las principales funciones de la membrana celular?

Estudiantes: 1. Barrera

2. Transporte

3. Receptor

Fragmento de vídeo “Funciones de la membrana”

Maestro: Veamos con más detalle la función de transporte de la membrana.

Maestro: Ejercicio 1. Imagina que te has acercado a un muro, una valla, un obstáculo que necesitas superar. ¿Cómo intentarás entrar?

Los estudiantes se dividen en dos grupos, a cada grupo se le entrega una hoja de papel, que se divide mediante una línea vertical en dos columnas. El grupo tiene 2 minutos para pensar. Los estudiantes deben sugerir tantos métodos de entrada como sea posible y escribirlos en la columna izquierda de la hoja.

Publicidad de trabajos grupales, como resultado de lo cual la lista de cada grupo se complementa con las propuestas más exitosas.

Tarea 2. Imaginemos que no es una persona la que se acerca a una valla o muro que necesita superar un obstáculo, sino una sustancia situada junto a una célula viva. Necesita entrar a la celda. Intente encontrar analogías para cada uno de los métodos que propuso para superar los obstáculos. Escríbalos en el lado derecho de la hoja de papel.

Socialización en grupos. Los estudiantes leen en voz alta los métodos para ingresar a la celda y registran las analogías más exitosas de otros grupos.

Maestro: (resume el trabajo de los grupos y explica los tipos de transporte a través de la membrana).

Difusión

Fragmento de vídeo “Difusión en membrana”

La ósmosis es el movimiento de un disolvente desde una zona de alta concentración a una zona de menor concentración.

Maestro: Hablamos en experimentos sobre difusión. Nuevamente los devuelvo a la naturaleza inanimada y les pido que recuerden, ¿qué es la difusión desde el punto de vista de la física?

Difusión Es el fenómeno de la penetración mutua de moléculas de una sustancia entre moléculas de otra.

Maestro: ¿Cuáles son las características de la difusión en la naturaleza viva e inanimada? ¿Qué determina la velocidad de difusión?

Discusión de los estudiantes, planteamiento de hipótesis.

Maestro: Entonces, ¿crees que la velocidad de difusión depende de la temperatura y del estado de agregación de la sustancia? ¿Por qué?

Respuestas anticipadas de los estudiantes

Maestro: Ahora probemos su hipótesis experimentalmente.

Experiencia

Equipo: 2 vasos de agua de diferente temperatura, vasos, pipeta, café.

Progreso:

Vierta la misma cantidad de agua, pero a diferentes temperaturas, en dos recipientes de vidrio idénticos.

Coloca 2-3 gotas de agua fría y caliente en el vaso (en vasos diferentes)

Coloca encima unos granos de café instantáneo.

Mira lo que pasa. (1 – 2 minutos)

Mide el tiempo que tarda toda el agua del vaso en tomar color.

¿Se produce el fenómeno de la difusión en este experimento? ¿Por qué?

Presenta los resultados en una tabla.

Experiencia no.

Vaso de agua

tiempo de teñido

Frío

caliente

¿Qué puedes decir sobre la velocidad de difusión en el primer y segundo vaso?

Ahora bien, en ambos vasos participan en la difusión las mismas sustancias, que se encuentran en el mismo estado de agregación. Entonces, ¿la velocidad de difusión debería ser la misma? Pero los resultados experimentales indican lo contrario. ¿Por qué?

La velocidad de difusión aumenta al aumentar la temperatura, a medida que las moléculas de los cuerpos que interactúan comienzan a moverse más rápido. Esta afirmación es válida para sustancias en cualquier estado de agregación.

Conclusión: La difusión ocurre en líquidos y se acelera al aumentar la temperatura.

5. Comprobación inicial de comprensión del material estudiado.

Maestro: Regresa a pregunta, preguntó al inicio de la lección: “Dime, ¿por qué el olor a mandarina, después de que empezamos a pelarla, se extendió por todo el salón de clases?”

Pregunta:"¿Qué fenómeno físico subyace al mecanismo de transporte de sustancias al interior de la célula a través de la membrana citoplasmática?"

Consolidación.

Invita a los estudiantes a completar una tarea de prueba (usando una presentación multimedia) para consolidar el material estudiado.

1. Seleccionar las funciones principales de la membrana plasmática.

a) transporte, barrera, receptor

b) transporte, energía, barrera

c) transporte, energía, catalítico.

2. ¿Qué sustancias forman la membrana plasmática?

a) carbohidratos y proteínas

b) proteínas y lípidos

c) proteínas y ácidos nucleicos

3. ¿Qué proceso se muestra en esta figura?

a) ósmosis

b) difusión

c) plasmólisis

4. ¿Qué proceso se muestra en esta figura?

a) plasmólisis

b) deplasmólisis

c) mitosis

5. Pasemos a los frijoles que están sobre vuestras mesas. Remojamos un frijol con anticipación en agua caliente, el otro permaneció seco. Creo que la diferencia en el tamaño de los frijoles es visible. ¿Qué proceso estás observando aquí?

a) plasmólisis

b) ósmosis

c) altura

Verificación mutua de la tarea de prueba.

7. Análisis

Maestro: Pasemos al epígrafe de nuestra lección.

"La mente pensante no se siente feliz hasta que logra conectar los hechos dispares que observa".

Pregunta: ¿Crees que elegí el epígrafe correcto para nuestra lección? ¿Explicar por qué?

Los estudiantes razonan y responden a la pregunta planteada.

Maestro: Entonces ¿Por qué la difusión es la base de la vida?

Estudiantes: La difusión es de gran importancia en los procesos vitales de los objetos vivos. La difusión juega un papel importante en la nutrición de las plantas, la transferencia de nutrientes y oxígeno en el cuerpo humano y animal.

Maestro: “¿Dónde cree que (en la vida, en la profesión) le resultará útil el conocimiento sobre la difusión?”

Maestro: ¿Qué fenómeno conecta las disciplinas de “Física” y “Biología” al estudiar las propiedades y funciones de la membrana plasmática?

8. Tarea

Les dice la tarea a los estudiantes y les explica cómo completarla.

1. Resuelva la palabra de relleno "Confusión de letras".

Penetración de moléculas de una sustancia en los espacios intermoleculares de otra.

El estado de agregación de una sustancia en el que la difusión se produce a la velocidad más alta.

Difusión en una dirección a través de membranas semipermeables.

El resultado de las emisiones de residuos de producción nocivos a la atmósfera y a los ríos.

Desordenado……. moléculas conduce a la difusión de sustancias.

Cantidad física que acelera el proceso de difusión.

Administración de fármacos a través de la piel mediante corriente eléctrica.

2. Elaborar un cuadernillo “Difusión en mi profesión”.

3. Seleccione varios refranes en los que se observe el fenómeno de la difusión.

4. Realizar un experimento.

Todos los estudiantes completan la primera y segunda tarea.

Tercero y cuarto - opcional.

9. Reflexión

Se invita a los estudiantes a “vestir” el árbol con mandarinas:

Si te gustó la lección y aprendiste muchas cosas nuevas e interesantes, entonces se adjunta una mandarina naranja al árbol;

Si no te gustó la actividad, fue aburrida y poco interesante, entonces se adjunta una mandarina blanca al árbol.

Invita a los estudiantes a nombrar al estudiante más activo de la lección; este estudiante recibe una canasta de mandarinas por su trabajo activo en la lección integrada “La difusión es la base de la vida”