Biyoloji tanımında difüzyon nedir? Özet: Konu: “Canlı ve cansız doğada yayılma

Difüzyon

Difüzyona bir örnek, gazların (örneğin, kokuların yayılması) veya sıvıların (mürekkep suya damlatılırsa, sıvı bir süre sonra eşit şekilde renklenecektir) karıştırılmasıdır. Başka bir örnek bir katıyla ilişkilidir: temas eden metallerin atomları temas sınırında karışır. Parçacık difüzyonu plazma fiziğinde önemli bir rol oynar.

Genellikle difüzyon, maddenin transferinin eşlik ettiği süreçler olarak anlaşılır, ancak bazen diğer transfer süreçlerine de difüzyon denir: termal iletkenlik, viskoz sürtünme vb.

Difüzyon hızı birçok faktöre bağlıdır. Dolayısıyla metal çubuk durumunda termal difüzyon çok hızlı gerçekleşir. Çubuk sentetik bir malzemeden yapılmışsa termal difüzyon yavaş gerçekleşir. Genel durumda moleküllerin difüzyonu daha da yavaş ilerler. Örneğin bir bardak suyun dibine bir parça şeker konur ve su karıştırılmazsa çözeltinin homojen hale gelmesi birkaç hafta alacaktır. Bir katı maddenin diğerine difüzyonu daha da yavaş gerçekleşir. Örneğin, bakır altınla kaplanırsa altının bakırın içine difüzyonu meydana gelecektir, ancak normal koşullar altında (oda sıcaklığı ve atmosferik basınç), altın içeren katman ancak birkaç bin yıl sonra birkaç mikron kalınlığa ulaşacaktır.

Difüzyon süreçlerinin niceliksel bir açıklaması Alman fizyolog A. Fick tarafından verilmiştir ( İngilizce 1855'te

Genel açıklama

Her türlü yayılma aynı yasalara tabidir. Difüzyon hızı, numunenin kesit alanıyla ve ayrıca konsantrasyon, sıcaklık veya yüklerdeki farkla (bu parametrelerin nispeten küçük değerleri durumunda) orantılıdır. Böylece ısı, çapı iki santimetre olan bir çubukta, bir santimetre çapındaki bir çubuğa göre dört kat daha hızlı yayılacaktır. Bir santimetredeki sıcaklık farkı 5°C yerine 10°C olursa bu ısı daha hızlı yayılır. Difüzyon hızı aynı zamanda belirli bir malzemeyi karakterize eden parametreyle de orantılıdır. Termal difüzyon durumunda, bu parametreye elektrik yüklerinin akışı durumunda - elektriksel iletkenlik durumunda termal iletkenlik denir. Belirli bir sürede yayılan madde miktarı ve yayılan maddenin kat ettiği mesafe, difüzyon süresinin kareköküyle orantılıdır.

Difüzyon moleküler düzeyde bir süreçtir ve bireysel moleküllerin hareketinin rastgele doğasıyla belirlenir. Bu nedenle difüzyon hızı moleküllerin ortalama hızıyla orantılıdır. Gazlarda küçük moleküllerin ortalama hızı daha büyüktür, yani molekül kütlesinin kareköküyle ters orantılıdır ve artan sıcaklıkla birlikte artar. Yüksek sıcaklıklarda katılarda difüzyon işlemleri sıklıkla pratik uygulama alanı bulur. Örneğin, bazı katot ışın tüpleri (CRT'ler), 2000 °C'de tungsten metali içinden yayılan toryum metalini kullanır.

Bir gaz karışımında bir molekülün kütlesi diğerinden dört kat daha büyükse, bu durumda böyle bir molekül, saf gazdaki hareketinden iki kat daha yavaş hareket eder. Buna bağlı olarak yayılma hızı da daha düşüktür. Hafif ve ağır moleküllerin difüzyon hızlarındaki bu fark, farklı molekül ağırlıklarına sahip maddeleri ayırmak için kullanılır. Bir örnek izotop ayrılmasıdır. İki izotop içeren bir gaz gözenekli bir zardan geçirilirse, daha hafif izotoplar zardan daha ağır olanlardan daha hızlı geçer. Daha iyi ayırma için işlem birkaç aşamada gerçekleştirilir. Bu işlem, uranyum izotoplarını ayırmak için yaygın olarak kullanıldı (235 U'nun yığın 238 U'dan ayrılması). Bu ayırma yöntemi çok fazla enerji gerektirdiğinden, daha ekonomik olan başka ayırma yöntemleri geliştirilmiştir. Örneğin, gaz ortamında termal difüzyonun kullanımı yaygın olarak geliştirilmiştir. İzotop karışımı içeren bir gaz, uzaysal sıcaklık farkının (gradyan) muhafaza edildiği bir odaya yerleştirilir. Bu durumda ağır izotoplar zamanla soğuk bölgede yoğunlaşır.

Fick denklemleri

Termodinamiğin bakış açısından, herhangi bir tesviye işleminin itici potansiyeli entropideki artıştır. Sabit basınç ve sıcaklıkta bu potansiyelin rolü kimyasal potansiyeldir. µ madde akışlarının sürdürülmesini belirler. Madde parçacıklarının akışı potansiyel gradyanla orantılıdır

Çoğu pratik durumda kimyasal potansiyel yerine konsantrasyon kullanılır. C. Doğrudan değiştirme µ Açık C Yüksek konsantrasyon durumunda yanlış olur çünkü kimyasal potansiyel logaritmik yasaya göre artık konsantrasyonla ilişkili değildir. Bu gibi durumları dikkate almazsak yukarıdaki formül aşağıdakiyle değiştirilebilir:

bu da maddenin akı yoğunluğunu gösterir J difüzyon katsayısıyla orantılı D[()] ve konsantrasyon gradyanı. Bu denklem Fick'in birinci yasasını ifade eder. Fick'in ikinci yasası konsantrasyondaki uzaysal ve zamansal değişiklikleri ilişkilendirir (difüzyon denklemi):

Difüzyon katsayısı D sıcaklığa bağlıdır. Geniş bir sıcaklık aralığında bazı durumlarda bu bağımlılık Arrhenius denklemidir.

Kimyasal potansiyel gradyanına paralel olarak uygulanan ilave bir alan, kararlı durumu bozar. Bu durumda difüzyon süreçleri doğrusal olmayan Fokker-Planck denklemi ile tanımlanır. Difüzyon süreçleri doğada büyük önem taşımaktadır:

Hayvan ve bitkilerin beslenmesi, solunumu;
Oksijenin kandan insan dokularına nüfuz etmesi.

Fick denkleminin geometrik açıklaması

İkinci Fick denkleminde, sol tarafta konsantrasyonun zaman içindeki değişim oranı, denklemin sağ tarafında ise konsantrasyonun uzaysal dağılımını, özellikle sıcaklığın dışbükeyliğini ifade eden ikinci kısmi türev yer almaktadır. x eksenine yansıtılan dağıtım fonksiyonu.

Ayrıca bakınız

Yüzey difüzyonu, yoğunlaştırılmış bir cismin yüzeyinde meydana gelen parçacıkların atomların (moleküllerin) birinci yüzey katmanında veya bu katmanın üstünde hareketiyle ilişkili bir işlemdir.

Notlar

Edebiyat

Bokstein B.S. Atomlar kristalin etrafında dolaşır. - M .: Nauka, 1984. - 208 s. - (Kütüphane "Kuantum". Sayı 28). - 150.000 kopya.

Bağlantılar

Difüzyon (video ders, 7. sınıf programı)
Safsızlık atomlarının tek bir kristalin yüzeyinde difüzyonu

Wikimedia Vakfı. 2010.

Eş anlamlı:

Diğer sözlüklerde “Dağılma” nın ne olduğuna bakın:

- [enlem. difüzyon yayılması, yayılması] fiziksel, kimyasal. bir maddenin moleküllerinin (gaz, sıvı, katı) doğrudan temas yoluyla veya gözenekli bir bölme yoluyla diğerine nüfuz etmesi. Yabancı kelimeler sözlüğü. Komlev N.G.,... ... Rus dilinin yabancı kelimeler sözlüğü

Difüzyon- – başka bir maddenin parçacıklarının, başka bir maddenin konsantrasyonunun azaltılması yönünde termal hareketin bir sonucu olarak meydana gelen, bir maddenin parçacıklarının çevreye nüfuz etmesi. [Blum E.E. Temel metalurji terimleri sözlüğü. Yekaterinburg… Yapı malzemelerinin terimleri, tanımları ve açıklamaları ansiklopedisi

Modern ansiklopedi

- (Latince difüzyon, yayılma, dağılımdan), bir ortamın parçacıklarının hareketi, bir maddenin transferine ve konsantrasyonların eşitlenmesine veya ortamdaki belirli bir türdeki parçacıkların konsantrasyonlarının denge dağılımının oluşturulmasına yol açar. Yokluğunda… … Büyük Ansiklopedik Sözlük

DİFÜZYON, bir karışımdaki bir maddenin, tek tek atomların veya moleküllerin rastgele hareketinden kaynaklanan, yüksek konsantrasyonlu bir alandan düşük konsantrasyonlu bir alana hareketi. Konsantrasyon gradyanı kaybolduğunda difüzyon durur. Hız… … Bilimsel ve teknik ansiklopedik sözlük

yayılma- ve f. difüzyon f., Almanca Difüzyon enlem. yayılma, yayılma. Moleküllerin ve atomların termal hareketi nedeniyle temas eden maddelerin birbirine karşılıklı nüfuz etmesi. Gazların ve sıvıların difüzyonu. BAS 2. || trans. Onlar… … Rus Dilinin Galyacılığın Tarihsel Sözlüğü

Difüzyon- (Latince difüzyon dağılımı, yayılma, dağılımdan), ortam parçacıklarının hareketi, maddenin transferine ve konsantrasyonların eşitlenmesine veya denge dağılımlarının oluşturulmasına yol açar. Tipik olarak difüzyon termal hareketle belirlenir... ... Resimli Ansiklopedik Sözlük

Parçacıkların termal hareket nedeniyle konsantrasyonlarını azaltma yönünde hareketi. D. yayılan maddenin konsantrasyonlarının eşitlenmesine ve hacmin parçacıklarla eşit şekilde doldurulmasına yol açar.... ... Jeolojik ansiklopedi

Okul fiziği dersinde (yaklaşık yedinci sınıfta), okul çocukları difüzyonun, bir maddenin parçacıklarının başka bir maddenin parçacıkları arasında karşılıklı nüfuzunu temsil eden ve işgal edilen hacim boyunca konsantrasyonların eşitlenmesiyle sonuçlanan bir süreç olduğunu öğrenirler. Bu anlaşılması oldukça zor bir tanımdır. Basit difüzyonun ne olduğunu, difüzyon yasasını, denklemini anlamak için bu konulardaki materyalleri detaylı olarak incelemek gerekir. Ancak genel bir fikir bir kişi için yeterliyse o zaman aşağıdaki veriler temel bilgilerin kazanılmasına yardımcı olacaktır.

Fiziksel fenomen - nedir bu

Pek çok insanın kafasının karışmış olması veya fiziksel bir olgunun ne olduğunu, kimyasal bir olaydan nasıl farklı olduğunu ve ayrıca difüzyonun ne tür bir olguyu ifade ettiğini hiç bilmemesi nedeniyle, fiziksel bir olgunun ne olduğunu anlamak gerekir. . Yani herkesin bildiği gibi fizik, maddenin yapısı ve hareketiyle ilgili genel doğa yasalarını ve aynı zamanda maddenin kendisini inceleyen, doğa bilimleri alanına ait bağımsız bir bilimdir. Buna göre fiziksel bir olay, yeni maddelerin oluşmadığı, sadece maddenin yapısında bir değişikliğin meydana geldiği bir olgudur. Fiziksel bir olayla kimyasal bir olay arasındaki fark tam olarak bunun sonucunda yeni maddelerin üretilmemesidir. Dolayısıyla difüzyon fiziksel bir olgudur.

Difüzyon teriminin tanımı

Bildiğiniz gibi belirli bir kavramın birçok formülasyonu olabilir ancak genel anlamı değişmemelidir. Ve yayılma olgusu bir istisna değildir. Genelleştirilmiş tanım şu şekildedir: difüzyon, iki veya daha fazla maddenin parçacıklarının (moleküller, atomlar), bu maddelerin kapladığı tüm hacim boyunca eşit bir dağılıma kadar karşılıklı nüfuzunu temsil eden fiziksel bir olgudur. Difüzyonun bir sonucu olarak yeni maddeler oluşmaz, bu nedenle bu tam olarak fiziksel bir olaydır. Basit difüzyon, parçacıkların termal (kaotik, Brownian) hareketinden kaynaklanan parçacıkların en yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük konsantrasyonlu bir alana hareket etmesi sonucu difüzyon olarak adlandırılır. Başka bir deyişle difüzyon, farklı maddelerin parçacıklarının karıştırılması işlemidir ve parçacıklar tüm hacim boyunca eşit olarak dağıtılır. Bu çok basitleştirilmiş bir tanımdır, ancak en anlaşılır olanıdır.

Difüzyon türleri

Difüzyon hem gaz hem de sıvı maddelerin yanı sıra katı maddeleri gözlemlerken kaydedilebilir. Bu nedenle birkaç tür içerir:

Kuantum difüzyonu, katılarda meydana gelen parçacıkların veya nokta kusurlarının (bir maddenin kristal kafesindeki yerel rahatsızlıklar) difüzyon sürecidir. Yerel rahatsızlıklar, kristal kafesin belirli bir noktasındaki rahatsızlıklardır.

Kolloidal - kolloidal sistemin tüm hacmi boyunca meydana gelen difüzyon. Kolloidal bir sistem, toplanma durumu ve bileşimi birinciden farklı olan parçacıkların, kabarcıkların, başka bir ortamın damlalarının dağıtıldığı bir ortamdır. Bu tür sistemler ve bunlarda meydana gelen süreçler koloidal kimya dersinde ayrıntılı olarak incelenmektedir.
Konvektif - bir maddenin mikropartiküllerinin ortamın makropartikülleri tarafından aktarılması. Hidrodinamik adı verilen özel bir fizik dalı, sürekli ortamların hareketinin incelenmesiyle ilgilenir. Buradan akış durumları hakkında bilgi edinebilirsiniz.
Türbülanslı difüzyon, ikinci maddenin (gazlar ve sıvılar için tipik) türbülanslı hareketinin neden olduğu bir maddenin diğerine aktarma işlemidir.

Açıklama, difüzyonun hem gazlarda, sıvılarda hem de katılarda meydana gelebileceği doğrulandı.

Fick yasası nedir?

Alman bilim adamı fizikçi Fick, birim alan boyunca parçacık akı yoğunluğunun, birim uzunluk başına bir maddenin konsantrasyonundaki değişime bağımlılığını gösteren bir yasa çıkardı. Bu yasa yayılma yasasıdır. Yasa şu şekilde formüle edilebilir: eksen boyunca yönlendirilen parçacık akışı, parçacık akışının yönünün belirlendiği eksen boyunca çizilen değişkene göre parçacık sayısının türeviyle orantılıdır. Başka bir deyişle, eksen yönünde hareket eden parçacıkların akışı, akışla aynı eksen boyunca çizilen değişkene göre parçacık sayısının türeviyle orantılıdır. Fick yasası, maddenin zaman ve uzaydaki aktarım sürecini tanımlamamıza olanak tanır.

Difüzyon denklemi

Bir maddede akışlar olduğunda, maddenin kendisinin uzayda yeniden dağıtımı meydana gelir. Bu bağlamda, bu yeniden dağıtım sürecini makroskobik bir bakış açısıyla tanımlayan çeşitli denklemler vardır. Difüzyon denklemi diferansiyeldir. Süreklilik denklemi olarak da adlandırılan genel madde transfer denkleminden kaynaklanır. Difüzyonun varlığında yukarıda açıklanan Fick yasası kullanılır. Denklem şöyle görünür:

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

Difüzyon yöntemleri

Difüzyon yöntemi veya daha doğrusu katı malzemelerde uygulanma yöntemi son zamanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunun nedeni, yöntemin avantajlarından biridir; bunlardan biri, kullanılan ekipmanın basitliği ve sürecin kendisidir. Katı kaynaklardan difüzyon yönteminin özü, bir veya daha fazla elementle katkılanmış filmlerin yarı iletkenler üzerine biriktirilmesidir. Katı kaynak yöntemine ek olarak difüzyon gerçekleştirmenin birkaç başka yöntemi de vardır:

kapalı bir hacimde (ampul yöntemi). Minimal toksisite, yöntemin bir avantajıdır, ancak ampulün tek kullanımlık olmasından dolayı yüksek maliyeti önemli bir dezavantajdır;
açık bir hacimde (termal difüzyon). Yüksek sıcaklıklar nedeniyle birçok elemanın kullanılma olasılığı ortadan kalktığı gibi, yanal difüzyon da bu yöntemin büyük dezavantajlarıdır;
kısmen kapalı bir hacimde (kutu yöntemi). Bu, yukarıda açıklanan ikisi arasında bir ara yöntemdir.

Difüzyonun yöntemleri ve özellikleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için, özellikle bu konulara ayrılmış ek literatürün incelenmesi gerekmektedir.

Makale, geleneksel şekilde dikilen yaralarda yaygın süreçlerin rolünü ve yazarlar tarafından önerilen yöntemi göstermektedir. Donanım yöntemiyle tedavi sırasında yaralardaki yaygın süreçlerin iyileştirilmesi teorik olarak haklıdır.

Çeşitli etiyolojilere sahip yaraların iyileşmesi sorunu, tıbbın günümüze kadar önemini kaybetmeyen ana alanlarından biridir. Bu patolojinin cerahatli komplikasyonlar olmadan mümkün olan en kısa sürede tedavisi, ancak tıbbi kurumlara modern etkili yara iyileştirici ilaçlarla yeterince tedarik edilmesi durumunda mümkündür.

Yaralanma sürecinde vücudun lokal ve genel reaksiyonu, doku ve organlardaki hasarın şiddetine ve özelliklerine doğrudan bağlıdır. Yenileme süreçleri sırasındaki yerel ve genel reaktif süreçler, doğrudan ve ters bir ilişki içindedir, birbirine bağımlıdır ve karşılıklı olarak etkilenir. Yara tedavisinin temeli, yara sürecinin seyrini kontrol edebilme yeteneğidir. Bu sorun her zaman bilim adamlarının ve pratisyen cerrahların görüş alanındadır.

Kullanılan yara tedavi yöntemlerinin büyük bir kısmı farmakolojik gruba aittir. Aynı zamanda yaraların tedavisine yönelik çok sayıda teknik cihaz önerildi. Bununla birlikte, yaraları dikmenin en yaygın yöntemi dairesel dikey dikiştir.

Kollajen proteinlerinden oluşan insan derisi, çok sayıda metabolik ve koruyucu işlevi yerine getiren ideal bir doğal zardır. Bu süreçler esas olarak difüzyondan kaynaklanmaktadır. Difüzyon (Latince diffusio'dan - yayılma, yayılma), madde parçacıklarının hareketi nedeniyle temas eden maddelerin birbirine karşılıklı nüfuz etmesi.

Difüzyon moleküler düzeyde bir süreçtir ve bireysel moleküllerin hareketinin rastgele doğasıyla belirlenir. Bu nedenle difüzyon hızı moleküllerin ortalama hızıyla orantılıdır. Difüzyon, bir maddenin konsantrasyonunun azalması yönünde meydana gelir ve maddenin kapladığı tüm hacim boyunca eşit bir şekilde dağılmasına yol açar (maddenin kimyasal potansiyelini eşitlemek için).

Yara iyileşmesinin patogenezinde ve tedavisinde yaygın süreçlerin rolü çok büyüktür. Örneğin deri transplantolojisinde fleplerin kalınlığı, greft ile yara yüzeyi arasındaki difüzyon süreçleri üzerinde olumlu bir etkiye sahip olduğundan yanık yaralarının iyileşmesinde büyük rol oynar.

Ancak yaradaki yaygın süreçlerin önemi pratikte araştırılmamıştır. Yaranın kenarları normal koşullar altında difüz süreçlerin gerçekleşmesi gereken iletken sistemlerdir. Bu süreç Şekil 1'de şematik olarak gösterilmektedir.

Şematik diyagram, A.N. Golikov'un sınıflandırmasına göre geleneksel dairesel dikey dikişlerle dikilen cerrahi yaranın (1) bazı dezavantajlara sahip olduğunu göstermektedir. Yaranın kenarlarını birbirine yaklaştırmanın bir yolu olan cerrahi sütür (2), dokuda tam iskemi (5) gerçekleştirir, bu da difüzyon işlemlerinin geçişi için "sessiz alanların" oluşmasına yol açar. difüzyon vektörünün (3) deformasyonuna (4) yol açar. Sonuç olarak, geleneksel olarak kullanılan cerrahi dikişler, rejenerasyon süreçlerinde yer almayan doku alanlarının yapay olarak oluşmasına yol açmaktadır. Ayrıca, olumsuz durumlarda, bu "doku kusurları", bulaşıcı sürecin odaklarının oluşumunun kaynaklarıdır. Çünkü sonuç olarak besinlere, oksijene vb. erişimden mahrum kalan doku nekrotik hale gelir ve bu da yara izi oluşumuyla sonuçlanır. Aksi takdirde nekrotik doku kitleleri patojenler için uygun bir üreme alanıdır.

Donanım yöntemi, Kazakistan Cumhuriyeti Ulusal Fikri Mülkiyet Enstitüsü'nden 15 Ağustos 2007 tarih ve 13864 sayılı bir güvenlik belgesi aldı. Önerilen yöntemin temel prensibi fiziksel ve mekanik teknikler kullanılarak yara kenarlarının birbirine sıkı bir şekilde kapatılmasıdır. Yaranın kenarı boyunca yeterli uzunlukta bir naylon çizgi yerleştirilerek yazarın tasarımındaki aparatın uçlarına sabitlenen bir "bağ yayı" oluşturulur.

Yazarın aparatı, monte edildiğinde, kenarları çubuklardan oluşan ve uçları her iki ucunda iki somunla çubuklara yerleştirilmiş ve sabitlenmiş hareketli çubuklar olan dörtgen paralelkenar şeklinde bir çerçeve şeklindedir. çubuklar için hareketli çubuklar üzerinde aynı çapta delikler açılır ve iplik bağlarının sabitlenmesi sağlanır (Şekil 2).

rejenerasyon süreçleri. Donanım yönteminin etkinliği deneysel ve klinik olarak kanıtlanmıştır.

Böylece, önerilen donanım yönteminin geleneksel yara dikiş yöntemleriyle karşılaştırıldığında etkinliğinin teorik bir gerekçesi önerilmiştir. Bunun nedeni, yara bölgesi üzerindeki basıncın artmasıdır (cihazın tasarım özellikleri nedeniyle), difüzyon hızında lokal bir artışa yol açar.

Edebiyat

Golikov A.N. Dikişlerle kapatılmış granülasyonlu bir yaranın iyileşmesi. – Moskova: 1951. – 160 s.
Waldorf H., Fewres J. Yara iyileşmesi // Adv. Derm. – 1995. No. 10. – S. 77–96.
Abaturova E.K., Baimatov V.N., Batyrshina G.I. Biyostimülanların yara süreci üzerindeki etkisi // Morfoloji. – 2002. – T. 121, Sayı 2–3. – S.6.
Kochnev O.S., Izmailov G.S. Yaraları dikme yöntemleri. – Kazan: 1992. – 160 s.
Kiselev S.I. Derin yanık hastalarında akılcı cerrahi taktik seçiminde donör deri kaynaklarının önemi: Tezin özeti. ...tıp bilimleri adayı. Ryazan, 1971. 17 s.

Zharalardy emdeu biyoloji sindaji difüzyonu

Tuyin Makalada adettegi addispen zhane makala avtorlarymen usynylyp otyrgan aparatı ve distin zharalard emdeudeg difüzyon işlemcisi turaly itylgyn. Zharalard difüzyon protsessterdin aparatı adistin zhaksargany teorisi zhuzinde daleldip korsetildi.

DİFÜZYONBİYOLOJİİyileştirme

Soyut Makale, geleneksel şekilde dikilen yaralarda yaygın süreçlerin rolünü ve yazarlar tarafından önerilen yöntemi göstermektedir. Yaralardaki yaygın süreçler teorik olarak doğrulanmıştır.

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

Güney Kazakistan Devlet Tıp Akademisi, Çimkent

Belediye eğitim kurumu Zaozernaya ortaokulu, bireysel konuların derinlemesine incelenmesiyle No. 16

Konu: “Canlı ve cansız doğada yayılma.”

Tamamlanmış:

8A sınıfı öğrencisi Zyabrev Kirill.

Fizik öğretmeni: Zavyalova G.M.

Biyoloji öğretmeni: Zyabreva V.F.

Tomsk – 2008

I.Giriş. ………………………………………………………… 3

II. Canlı ve cansız doğada yayılma.

1. Olayın keşfinin tarihi. ……………………………………. 4

2. Difüzyon, çeşitleri. ………………………………………….. 6

3. Difüzyon hızı neye bağlıdır? ……………………….. 7

4. Cansız doğada yayılma. ……………………………... 8

5. Canlı doğada yayılma. ………………………………… 9

6. Difüzyon olgusunun kullanımı. ……………………………. 16

7. Bireysel difüzyon olaylarının tasarımı. …………… 17

III. Çözüm. …………………………………………………… 20

IV. Kullanılmış Kitaplar. ……………………………………. . 21

I.Giriş.

Çevremizde çok şaşırtıcı ve ilginç olaylar oluyor. Gece gökyüzünde uzak yıldızlar parlıyor, pencerede bir mum yanıyor, rüzgar çiçek açan kuş kirazının kokusunu taşıyor, yaşlanan bir büyükanne bakışlarıyla sizi takip ediyor…. Çok şey bilmek istiyorum, kendim açıklamaya çalışıyorum. Sonuçta pek çok doğal olay, son zamanlarda okulda konuştuğumuz difüzyon süreçleriyle ilişkilidir. Ama çok az şey söylediler!

İşin hedefleri :

1. Yayılma hakkındaki bilgiyi genişletin ve derinleştirin.

2. Bireysel yayılma süreçlerini modelleyin.

3. Fizik ve biyoloji derslerinde kullanılmak üzere ek bilgisayar tabanlı materyal oluşturun.

Görevler:

1. Literatürde, internette gerekli materyali bulun, inceleyin ve analiz edin.

2. Canlı ve cansız doğada (fizik ve biyoloji) yayılma olaylarının nerede meydana geldiğini, bunların ne anlama geldiğini ve insanlar tarafından nerede kullanıldığını öğrenin.

3. Bu olguya ilişkin en ilginç deneyleri tanımlayın ve tasarlayın.

4. Bazı yayılma süreçlerinin animasyonlu modellerini oluşturun.

Yöntemler: Literatür analizi ve sentezi, tasarım, modelleme.

Çalışmam üç bölümden oluşuyor; ana kısım 7 bölümden oluşmaktadır. Eğitim, referans, bilimsel literatür ve internet siteleri de dahil olmak üzere 13 edebi kaynaktan materyalleri inceledim ve işledim, ayrıca Power Point editöründe yapılan bir sunum hazırladım.

II. Canlı ve cansız doğada yayılma.

II .1. Difüzyon olgusunun keşfinin tarihi.

Robert Brown, sudaki çiçek poleni süspansiyonunu mikroskop altında gözlemlerken, parçacıkların "ne sıvının hareketinden ne de buharlaşmasından" kaynaklanan kaotik bir hareketini gözlemledi. Yalnızca mikroskop altında görülebilen, boyutu 1 µm veya daha küçük olan asılı parçacıklar, karmaşık zikzak yörüngeleri tanımlayan düzensiz bağımsız hareketler gerçekleştiriyordu. Brown hareketi zamanla zayıflamaz ve ortamın kimyasal özelliklerine bağlı değildir; yoğunluğu ortamın sıcaklığının artmasıyla ve viskozitesinin ve parçacık boyutunun azalmasıyla artar. Brown hareketinin nedenlerinin niteliksel bir açıklaması bile ancak 50 yıl sonra mümkün oldu; Brown hareketinin nedeni, içinde asılı duran bir parçacığın yüzeyindeki sıvı moleküllerin etkisiyle ilişkilendirilmeye başlandı.

Brown hareketinin ilk niceliksel teorisi 1905-06'da A. Einstein ve M. Smoluchowski tarafından ortaya atıldı. Moleküler kinetik teorisine dayanmaktadır. Brown parçacıklarının rastgele yürüyüşlerinin, içinde asılı kaldıkları ortamın molekülleri ile birlikte termal harekete katılımlarıyla ilişkili olduğu gösterilmiştir. Parçacıklar ortalama olarak aynı kinetik enerjiye sahiptir ancak kütlelerinin daha büyük olması nedeniyle hızları daha düşüktür. Brown hareketi teorisi, bir parçacığın rastgele hareketlerini, moleküllerden gelen rastgele kuvvetlerin ve sürtünme kuvvetlerinin etkisiyle açıklar. Bu teoriye göre, bir sıvı veya gazın molekülleri sürekli termal hareket halindedir ve farklı moleküllerin darbeleri büyüklük ve yön bakımından aynı değildir. Böyle bir ortama yerleştirilen parçacığın yüzeyi Brownian parçacığında olduğu gibi küçükse, parçacığın kendisini çevreleyen moleküllerden aldığı etkiler tam olarak telafi edilmeyecektir. Dolayısıyla moleküllerin "bombardımanı" sonucunda Brownian parçacığı rastgele harekete geçerek hızının büyüklüğünü ve yönünü saniyede yaklaşık 1014 kez değiştirir. Bu teoriden, bir parçacığın belirli bir süre içindeki yer değiştirmesinin ölçülmesi ve yarıçapının ve sıvının viskozitesinin bilinmesiyle Avogadro sayısının hesaplanabileceği anlaşıldı.

Brown hareketi teorisinin sonuçları, 1906'da J. Perrin ve T. Svedberg tarafından yapılan ölçümlerle doğrulandı. Bu ilişkilere dayanarak Boltzmann sabiti ve Avogadro sabiti deneysel olarak belirlendi. (Avogadro sabiti NA ile gösterilir, 1 mol maddedeki molekül veya atom sayısı, NA=6.022.1023 mol-1; A. Avogadro'nun onuruna isim.

Boltzmann sabiti, fiziksel sabit k, evrensel gaz sabitinin oranına eşit R Avogadro sayısına N A: k = R / N A = 1.3807.10-23J/K. Adını L. Boltzmann'dan almıştır.)

Brownian hareketi gözlemlenirken parçacığın konumu düzenli aralıklarla kaydedilir. Zaman aralıkları ne kadar kısa olursa parçacığın yörüngesi o kadar kırık görünecektir.

Brown hareketinin yasaları, moleküler kinetik teorinin temel ilkelerinin açık bir şekilde doğrulanmasına hizmet eder. Sonunda maddenin termal hareket biçiminin, makroskobik cisimleri oluşturan atomların veya moleküllerin kaotik hareketinden kaynaklandığı tespit edildi.

Brown hareketi teorisi istatistiksel mekaniğin kanıtlanmasında önemli bir rol oynamıştır; sulu çözeltilerin pıhtılaşmasının (karıştırılmasının) kinetik teorisi buna dayanmaktadır. Ayrıca Brown hareketi ölçüm cihazlarının doğruluğunu sınırlayan ana faktör olarak kabul edildiğinden metrolojide de pratik öneme sahiptir. Örneğin, bir ayna galvanometresinin okumalarının doğruluk sınırı, hava molekülleri tarafından bombardımana tutulan bir Brown parçacığı gibi, aynanın titreşimi tarafından belirlenir. Brownian hareket yasaları, elektrik devrelerinde gürültüye neden olan elektronların rastgele hareketini belirler. Dielektriklerdeki dielektrik kayıpları, dielektrikleri oluşturan dipol moleküllerinin rastgele hareketleriyle açıklanır. İyonların elektrolit çözeltilerdeki rastgele hareketleri elektriksel dirençlerini artırır.

Brown parçacıklarının yörüngeleri (Perrin deney şeması); Noktalar parçacıkların eşit zaman aralıklarındaki konumlarını işaretler.

Böylece, DİFÜZYON VEYA BROWN HAREKETİ – Bu Çevresel moleküllerden gelen etkilerin etkisi altında meydana gelen, bir sıvı veya gaz içinde asılı duran küçük parçacıkların rastgele hareketi; açık

1827'de R. Brown

II. 2. Difüzyon, çeşitleri.

Difüzyon ve kendi kendine difüzyon arasında bir ayrım yapılır.

Difüzyon bir maddenin moleküllerinin başka bir maddenin molekülleri arasındaki boşluklara kendiliğinden nüfuz etmesidir. Bu durumda parçacıklar karışır. Gazlar, sıvılar ve katılarda difüzyon gözlenir. Örneğin bir bardak suya bir damla mürekkep karıştırılır. Veya kolonya kokusu odaya yayılıyor.

Kendi kendine difüzyon gibi difüzyon da maddenin yoğunluk gradyanı olduğu sürece mevcuttur. Herhangi bir maddenin yoğunluğu hacmin farklı kısımlarında aynı değilse, kendi kendine difüzyon olgusu gözlenir. Kendi kendine difüzyon yoğunluk eşitleme süreci denir(veya bununla orantılı konsantrasyon) aynı madde. Difüzyon ve kendi kendine difüzyon, dengesiz durumlarda madde akışı yaratan moleküllerin termal hareketi nedeniyle meydana gelir.

Kütle akı yoğunluğu bir maddenin kütlesidir ( DM), birim alan boyunca birim zamanda yayılan ( dS pl), eksene dik X :

(1.1)

Difüzyon olgusu Fick yasasına uyar

(1.2)

eksen yönünde yoğunluktaki değişim oranını belirleyen yoğunluk gradyanı modülü nerede X ;

D- formül kullanılarak moleküler kinetik teoriden hesaplanan difüzyon katsayısı

(1.3)

moleküllerin ortalama termal hareketinin hızı nerede;

Moleküllerin ortalama serbest yolu.

Eksi işareti, kütle transferinin yoğunluğun azalması yönünde gerçekleştiğini gösterir.

Denklem (1.2) difüzyon denklemi veya Fick yasası olarak adlandırılır.

II. 3. Difüzyon hızı.

Bir parçacık bir madde içinde hareket ettiğinde sürekli olarak molekülleriyle çarpışır. Normal koşullar altında difüzyonun normal hareketten daha yavaş olmasının nedenlerinden biri de budur. Difüzyon hızı neye bağlıdır?

İlk olarak, parçacık çarpışmaları arasındaki ortalama mesafe, yani. serbest yol uzunluğu. Bu uzunluk ne kadar uzun olursa parçacık maddeye o kadar hızlı nüfuz eder.

İkinci olarak basınç hızı etkiler. Bir maddedeki parçacıklar ne kadar yoğun paketlenirse, yabancı bir parçacığın böyle bir pakete nüfuz etmesi o kadar zor olur.

Üçüncüsü, maddenin molekül ağırlığının difüzyon hızı üzerinde önemli bir rolü vardır. Hedef ne kadar büyük olursa, vurulma olasılığı da o kadar artar ve bir çarpışmadan sonra hız her zaman yavaşlar.

Ve dördüncüsü sıcaklık. Sıcaklık arttıkça parçacıkların titreşimleri artar ve moleküllerin hızı artar. Ancak yayılma hızı serbest hareket hızından bin kat daha yavaştır.

Tüm difüzyon türleri aynı yasalara uyar ve skaler bir miktar olan ve Fick'in birinci yasasından belirlenen difüzyon katsayısı D ile tanımlanır.

Tek boyutlu difüzyon için ,

burada J, atomların akı yoğunluğu veya maddenin kusurlarıdır,
D - difüzyon katsayısı,
N, bir maddenin atomlarının veya kusurlarının konsantrasyonudur.

Bir gaz karışımındaki bir molekül diğerinden dört kat daha ağırsa, bu durumda böyle bir molekül, saf gazdaki hareketinden iki kat daha yavaş hareket eder. Buna bağlı olarak yayılma hızı da daha düşüktür. Hafif ve ağır moleküllerin difüzyon hızlarındaki bu fark, farklı molekül ağırlıklarına sahip maddeleri ayırmak için kullanılır. Bir örnek izotopların ayrılmasıdır. İki izotop içeren bir gaz gözenekli bir zardan geçirilirse, daha hafif izotoplar zardan daha ağır olanlardan daha hızlı geçer. Daha iyi ayırma için işlem birkaç aşamada gerçekleştirilir. Bu işlem, uranyum izotoplarını ayırmak için yaygın olarak kullanıldı (nötron ışınlaması altında bölünen 235U'nun yığın 238U'dan ayrılması). Bu ayırma yöntemi çok fazla enerji gerektirdiğinden, daha ekonomik olan başka ayırma yöntemleri geliştirilmiştir. Örneğin, gaz ortamında termal difüzyonun kullanımı yaygın olarak geliştirilmiştir. İzotop karışımı içeren bir gaz, uzaysal sıcaklık farkının (gradyan) muhafaza edildiği bir odaya yerleştirilir. Bu durumda ağır izotoplar zamanla soğuk bölgede yoğunlaşır.

Çözüm. Yaygın değişiklikler şunlardan etkilenir:

· maddenin moleküler ağırlığı (molekül ağırlığı ne kadar yüksek olursa hız o kadar düşük olur);

· parçacık çarpışmaları arasındaki ortalama mesafe (yol uzunluğu ne kadar uzun olursa hız da o kadar büyük olur);

· basınç (parçacık paketi ne kadar büyük olursa kırılması da o kadar zor olur),

· sıcaklık (sıcaklık arttıkça hız artar).

II.4. Cansız doğada yayılma.

Tüm hayatımızın doğanın garip bir paradoksu üzerine inşa edildiğini biliyor muydunuz? Herkes soluduğumuz havanın farklı yoğunluktaki gazlardan oluştuğunu bilir: nitrojen N2, oksijen O2, karbondioksit CO2 ve az miktarda başka yabancı maddeler. Ve bu gazlar, yerçekimi kuvvetine göre katmanlar halinde düzenlenmelidir: en ağır olan CO2, dünyanın tam yüzeyinde, üstünde O2'dir ve daha da yükseği N2'dir. Ama bu olmuyor. Etrafımız homojen bir gaz karışımıyla çevrilidir. Alev neden sönmüyor? Sonuçta, onu çevreleyen oksijen hızla mı yanıyor? Burada da ilk durumda olduğu gibi hizalama mekanizması çalışmaktadır. Difüzyon doğadaki dengesizliği önler!

Deniz neden tuzlu? Nehirlerin kayaların ve minerallerin kalınlığını aşıp tuzları denize sürüklediğini biliyoruz. Tuz ve su nasıl karışır? Bunu basit bir deneyle açıklayabiliriz:

DENEYİMİN AÇIKLAMASI: Sulu bir bakır sülfat çözeltisini bir cam kaba dökün. Çözeltinin üzerine dikkatlice temiz su dökün. Sıvılar arasındaki sınırı gözlemliyoruz.

Soru: Zamanla bu sıvılara ne olacak ve neler gözlemleyeceğiz?

Zamanla temas eden sıvılar arasındaki sınır bulanıklaşmaya başlayacaktır. Sıvı içeren bir kap bir dolaba yerleştirilebilir ve her gün sıvıların kendiliğinden karışmasının nasıl gerçekleştiğini gözlemleyebilirsiniz. Sonunda kapta ışıkta neredeyse renksiz, homojen, soluk mavi bir sıvı oluşur.

Bakır sülfat parçacıkları sudan daha ağırdır ancak difüzyon nedeniyle yavaşça yukarı doğru yükselirler. Bunun nedeni sıvının yapısıdır. Sıvı parçacıklar kompakt gruplar halinde paketlenir - psödonükleiler. Boşluklarla - deliklerle birbirlerinden ayrılırlar. Çekirdekler stabil değildir; parçacıkları uzun süre dengede kalmaz. Parçacığa enerji verildiği anda parçacık çekirdekten ayrılarak boşluğa düşer. Oradan kolayca başka bir çekirdeğe vb. atlar.

Yabancı bir maddenin molekülleri sıvının içindeki yolculuğuna deliklerden başlar. Yolda çekirdeklerle çarpışırlar, parçacıkları onlardan uzaklaştırırlar ve yerlerini alırlar. Serbest bir yerden diğerine hareket ederek yavaş yavaş sıvı parçacıklarla karışırlar. Yayılma oranının düşük olduğunu zaten biliyoruz. Bu nedenle normal koşullar altında bu deney ısıtmayla 18 gün sürdü - 2-3 dakika.

Çözüm: Güneş'in alevinde, uzaktaki parlak yıldızların yaşamı ve ölümünde, soluduğumuz havada, hava koşullarındaki değişikliklerde, neredeyse tüm fiziksel olaylarda, her şeye kadir yayılmanın tezahürünü görüyoruz!

II.5. Canlı doğada yayılma.

Difüzyon süreçleri artık iyice araştırılmış, fiziksel ve kimyasal yasaları belirlenmiş ve canlı bir organizmadaki moleküllerin hareketine oldukça uygulanabilir. Canlı organizmalarda difüzyon, hücrenin plazma zarı ile ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. Bu nedenle nasıl yapılandırıldığını ve yapısının özelliklerinin hücre içindeki maddelerin taşınmasıyla nasıl ilişkili olduğunu bulmak gerekir.

Bitki ve hayvan hücrelerinin protoplazmasını çevreleyen bir yüzey, periferik yapı olan plazma zarı (plazmalemma, hücre zarı), yalnızca mekanik bir bariyer görevi görmekle kalmaz, aynı zamanda en önemlisi, düşük ve yüksek serbest iki yönlü akışı sınırlar. Hücrenin içine ve dışına moleküler maddeler. Ayrıca plazmalemma, çeşitli kimyasal maddeleri "tanıyan" ve bu maddelerin hücreye seçici taşınmasını düzenleyen bir yapı görevi görür.

Plazma zarının dış yüzeyi, 3-4 nm kalınlığında gevşek lifli bir madde tabakası - glikokaliks ile kaplıdır. Aralarında şekerli proteinlerin ve yağlı proteinlerin hücre tarafından salgılanan bileşiklerinin yerleştirilebildiği karmaşık karbonhidratların dallanma zincirlerinden, membran integral proteinlerinden oluşur. Maddelerin hücre dışı parçalanmasına (örneğin bağırsak epitelinde hücre dışı sindirim) katılan bazı hücresel enzimler de burada bulunur.

Lipid tabakasının iç kısmı hidrofobik olduğundan, çoğu polar moleküle karşı neredeyse aşılmaz bir bariyer oluşturur. Bu bariyerin varlığı nedeniyle hücre içeriğinin sızması önlenir ancak bu nedenle hücre, suda çözünen maddelerin zardan taşınması için özel mekanizmalar oluşturmak zorunda kalır.

Plazma zarı, diğer lipoprotein hücre zarları gibi yarı geçirgendir. İçinde çözünmüş su ve gazlar maksimum nüfuz etme kabiliyetine sahiptir. İyon taşınması, bir konsantrasyon gradyanı boyunca, yani pasif olarak, enerji tüketimi olmadan gerçekleşebilir. Bu durumda, bazı membran taşıma proteinleri, iyonların basit difüzyonla membrandan geçtiği kanallar olan moleküler kompleksler oluşturur. Diğer durumlarda, özel membran taşıma proteinleri seçici olarak bir veya diğer iyona bağlanır ve onu membran boyunca taşır. Bu tür taşımaya aktif taşıma denir ve protein iyon pompaları kullanılarak gerçekleştirilir. Örneğin, 1 ATP molekülü harcayan K-Na pompa sistemi, bir döngüde hücreden 3 Na iyonu dışarı pompalar ve konsantrasyon gradyanına karşı 2 K iyonu pompalar. Aktif iyon taşınmasıyla birlikte çeşitli şekerler, nükleotidler ve amino asitler plazmalemmaya nüfuz eder. Proteinler gibi makromoleküller membrandan geçemez. Maddenin daha büyük parçacıkları gibi bunlar da endositoz yoluyla hücreye taşınır. Endositoz sırasında, plazmalemmanın belirli bir alanı hücre dışı materyali yakalar, sarar ve onu bir membran vakuolüne kapatır. Bir endozom olan bu vakuol, sitoplazmada birincil lizozomla birleşir ve yakalanan materyalin sindirimi gerçekleşir. Endositoz resmi olarak fagositoz (büyük parçacıkların hücre tarafından alınması) ve pinositoz (çözeltilerin alınması) olarak ikiye ayrılır. Plazma zarı aynı zamanda endositozun tersi bir süreç olan ekzositoz yoluyla maddelerin hücreden uzaklaştırılmasında da rol alır.

İyonların sulu çözeltilerde difüzyonu özellikle canlı organizmalar için önemlidir. Bitkilerin solunumunda, fotosentezinde ve terlemesinde difüzyonun rolü daha az önemli değildir; havadaki oksijenin akciğer alveollerinin duvarlarından aktarılmasında ve insan ve hayvanların kanına girmesinde. Moleküler iyonların membranlar boyunca difüzyonu, hücre içindeki elektriksel potansiyel ile gerçekleştirilir. Seçici geçirgenliğe sahip olan membranlar, malların sınır boyunca taşınması sırasında gümrük görevi görür: bazı maddelere izin verilir, diğerleri tutulur ve diğerleri genellikle hücreden "dışarı atılır". Membranların hücre yaşamındaki rolü çok önemlidir. Ölmekte olan bir hücre, zardaki maddelerin konsantrasyonunu düzenleme yeteneği üzerindeki kontrolü kaybeder. Ölmekte olan bir hücrenin ilk işareti, dış zarının geçirgenliğinde ve arızasında değişikliklerin başlamasıdır.

Geleneksel taşınmaya (elektriksel veya kimyasal potansiyel, sıcaklık veya basınç gradyanlarının etkisi altında bir maddenin parçacıklarının aktarılmasına yönelik kinetik süreç) ek olarak, aktif taşıma aynı zamanda hücresel süreçlerde de gerçekleşir - moleküllerin ve iyonların konsantrasyon gradyanına karşı hareketi maddeler. Bu difüzyon mekanizmasına ozmoz denir. (Ozmoz ilk olarak 1748'de A. Nolle tarafından gözlemlendi, ancak bu fenomenle ilgili araştırmalar bir yüzyıl sonra başladı.) Bu işlem, biyolojik bir zarın farklı taraflarındaki sulu bir çözeltideki farklı ozmotik basınç nedeniyle gerçekleştirilir. Su genellikle içinden serbestçe geçer. Bir zar yoluyla ozmoz gerçekleşir, ancak bu zar suda çözünmüş maddelere karşı geçirimsiz olabilir. Suyun bu maddenin difüzyonuna karşı akması, ancak genel konsantrasyon gradyanı yasasına (bu durumda su) uyması ilginçtir.

Bu nedenle su, konsantrasyonunun daha yüksek olduğu daha seyreltik bir çözeltiden, su konsantrasyonunun daha düşük olduğu bir maddenin daha konsantre bir çözeltisine doğru yönelir. Suyu doğrudan emip dışarı pompalayamayan hücre, bunu ozmoz yoluyla yapar ve içindeki çözünmüş maddelerin konsantrasyonunu değiştirir. Osmoz, zarın her iki tarafındaki çözeltinin konsantrasyonunu eşitler. Turgor basıncı olarak adlandırılan hücre zarının gergin durumu, hücre zarının her iki tarafındaki madde çözeltilerinin ozmotik basıncına ve turgor basıncı (turgor - Latince turgere kelimesinden gelir) adı verilen hücre zarının esnekliğine bağlıdır. - şişmiş, dolu olmak). Tipik olarak, hayvan hücre zarlarının esnekliği (bazı selenteratlar hariç) düşüktür; yüksek turgor basıncından yoksundurlar ve bütünlüğü yalnızca izotonik çözeltilerde veya izotonik çözeltilerden çok az farklı olanlarda korurlar (iç ve dış basınç arasındaki fark 0,5-1,0'dan azdır). ben). Canlı bitki hücrelerinde iç basınç her zaman dış basınçtan daha büyüktür, ancak selüloz hücre duvarının varlığından dolayı hücre zarı yırtılması meydana gelmez. Bitkilerde (örneğin halofit bitkilerde - tuzu seven mantarlarda) iç ve dış basınçlar arasındaki fark sabah 50-100'e ulaşır. Ancak buna rağmen bitki hücresinin güvenlik payı %60-70'dir. Çoğu bitkide turgor nedeniyle hücre zarının bağıl uzaması %5-10'u geçmez ve turgor basıncı sabah 5-10 aralığındadır. Turgor sayesinde bitki dokuları elastikiyete ve yapısal dayanıklılığa sahip olur. (Deney No. 3, No. 4 bunu doğrulamaktadır). Tüm otoliz (kendi kendini yok etme), solma ve yaşlanma süreçlerine turgor basıncında bir düşüş eşlik eder.

Canlı doğada yayılma göz önüne alındığında, emilimden bahsetmeden geçilemez. Emilim, çeşitli maddelerin çevreden hücre zarları yoluyla hücrelere ve onlardan vücudun iç ortamına girme sürecidir. Bitkilerde bu, suyun içinde çözünmüş maddelerle birlikte kökler ve yapraklar tarafından ozmoz ve difüzyon yoluyla emilmesi işlemidir; omurgasızlarda - çevreden veya boşluk sıvısından. İlkel organizmalarda emilim pinositoz ve fagositoz yoluyla gerçekleşir. Omurgalılarda emilim hem boşluk organlarından (akciğerler, rahim, mesane) hem de cilt yüzeyinden, yara yüzeyinden vb. gerçekleşebilir. Uçucu gazlar ve buharlar cilt tarafından emilir.

En büyük fizyolojik önemi, esas olarak ince bağırsakta meydana gelen gastrointestinal sistemdeki emilimdir. Maddelerin etkili bir şekilde aktarılması için, bağırsağın geniş yüzey alanı ve mukoza zarındaki sürekli yüksek kan akışı, emilen bileşiklerin yüksek konsantrasyon gradyanının korunması nedeniyle özellikle önemlidir. İnsanlarda yemek sırasında mezenterik kan akışı yaklaşık 400 ml/dak'dır ve sindirimin yüksekliğinde - 750 ml/dak'ya kadar, ana pay (%80'e kadar) sindirim organlarının mukoza zarındaki kan akışıdır. . Mukoza zarının yüzeyini artıran yapıların varlığı nedeniyle - dairesel kıvrımlar, villus, mikrovilli, insan bağırsağının emme yüzeyinin toplam alanı 200 m2'ye ulaşır.

Su ve tuz çözeltileri bağırsak duvarının her iki tarafına, hem ince hem de kalın bağırsaklara yayılabilir. Emilimleri esas olarak ince bağırsağın üst kısımlarında meydana gelir. Na+ iyonlarının ince bağırsakta taşınması, esas olarak elektriksel ve ozmotik gradyanların oluşması nedeniyle büyük önem taşımaktadır. Na+ iyonlarının emilimi hem aktif hem de pasif mekanizmalarla gerçekleşir.

Hücrenin ozmotik basıncı düzenleyen sistemleri olmasaydı, içindeki çözünen maddelerin konsantrasyonu, dış konsantrasyonlarından daha büyük olurdu. O zaman hücredeki suyun konsantrasyonu dışarıdaki konsantrasyonundan daha az olacaktır. Bunun sonucunda hücrenin içine sürekli bir su akışı olur ve hücre parçalanır. Neyse ki hayvan hücreleri ve bakteriler, Na gibi inorganik iyonları aktif olarak dışarı pompalayarak hücrelerindeki ozmotik basıncı kontrol eder. Bu nedenle hücre içindeki toplam konsantrasyonları dışarıya göre daha düşüktür. Örneğin amfibiler zamanlarının önemli bir bölümünü suda geçirirler ve kanlarındaki ve lenflerindeki tuz içeriği tatlı suya göre daha yüksektir. Amfibi organizmalar suyu sürekli olarak derileri aracılığıyla emer. Bu nedenle çok fazla idrar üretirler. Örneğin bir kurbağanın kloakası bandajlanırsa balon gibi şişer. Ve tam tersine, bir amfibi tuzlu deniz suyuna girerse susuz kalır ve çok çabuk ölür. Bu nedenle denizler ve okyanuslar amfibiler için aşılmaz bir engeldir. Bitki hücrelerinin kendilerini şişmeye karşı koruyan sert duvarları vardır. Birçok protozoa, gelen suyu düzenli olarak dışarı atan özel mekanizmalar sayesinde hücreye giren suyun patlamasını önler.

Dolayısıyla hücre, çevreyle madde ve enerji alışverişi yapan, ancak iç ortamın belirli bir sabitliğini koruyan açık bir termodinamik sistemdir. Kendi kendini düzenleyen sistemin bu iki özelliği - açıklık ve sabitlik - aynı anda yerine getirilir ve hücrenin sabitliğinden metabolizma (metabolizma) sorumludur. Metabolizma sistemin korunmasına katkıda bulunan düzenleyicidir; çevresel etkilere uygun yanıt verilmesini sağlar. Dolayısıyla metabolizma için gerekli bir koşul, canlı bir sistemin her düzeydeki sinirliliğidir ve bu aynı zamanda sistemin sistematikliği ve bütünlüğünde de etkendir.

Membranlar, elektriksel bir dürtü nöronal sistemden geçtiğinde ve onu etkilediğinde zarın depolarizasyonunun bir sonucu olarak kimyasal ve fiziksel faktörlerin etkisi altında geçirgenliklerini değiştirebilir.

Bir nöron sinir lifinin bir parçasıdır. Bir ucunda bir uyaran etki ederse, elektriksel bir darbe meydana gelir. İnsan kas hücreleri için değeri yaklaşık 0,01 V'tur ve yaklaşık 4 m/s hızla yayılır. Dürtü bir sinapsa - bir nörondan diğerine sinyal ileten bir tür röle olarak düşünülebilecek nöronlar arasındaki bir bağlantıya - ulaştığında, elektriksel dürtü, nörotransmitterlerin - spesifik aracı maddelerin salınması yoluyla kimyasal bir dürtüye dönüştürülür. Böyle bir aracının molekülleri nöronlar arasındaki boşluğa girdiğinde, nörotransmitter difüzyonla boşluğun sonuna ulaşır ve bir sonraki nöronu uyarır.

Bununla birlikte, bir nöron yalnızca yüzeyinde özel moleküller (yalnızca belirli bir vericiye bağlanabilen ve diğerine tepki vermeyen reseptörler) varsa tepki verir. Bu durum sadece zarda değil aynı zamanda kas gibi herhangi bir organda da meydana gelerek onun kasılmasına neden olur. Sinapslar yoluyla sinyal-impulslar başkalarının iletimini engelleyebilir veya güçlendirebilir ve bu nedenle nöronlar mantıksal işlevleri yerine getirir (“ve”, “veya”), bu da bir dereceye kadar N. Wiener'in bilgisayardaki hesaplamalı süreçlere inanmasına temel oluşturdu. Yaşayan bir organizmanın beyni ile bilgisayarlardaki beyin aslında aynı modeli izler. O halde bilgi yaklaşımı cansız ve canlı doğayı birleşik bir şekilde tanımlamamıza olanak tanır.

Membranı etkileyen sinyalin süreci, yüksek elektrik direncinin değiştirilmesinden oluşur, çünkü üzerindeki potansiyel fark da 0,01 V düzeyindedir. Dirençteki bir azalma, elektrik akımı darbesinde bir artışa yol açar ve uyarım iletilir. ayrıca bir sinir impulsu şeklinde, böylece belirli iyonların zardan geçme olasılığını değiştirir. Böylece vücuttaki bilgilerin kimyasal ve fiziksel mekanizmalar aracılığıyla bir arada iletilebilmesi, canlı bir sistemdeki iletim ve işleme kanallarının güvenilirliğini ve çeşitliliğini sağlar.

Fotosentez sonucunda elde edilen oksijen O2'yi gerektiren canlı bir organizmanın normal solunum süreçleri, hücrenin mitokondrisinde ATP molekülleri oluştuğunda canlı bir organizmanın normal solunum süreçleriyle yakından ilişkilidir. gerekli enerji. Bu süreçlerin mekanizmaları da yayılma yasalarına dayanmaktadır. Esasen bunlar canlı bir organizma için gerekli olan madde ve enerji bileşenleridir. Fotosentez, sentezlenen maddelerin moleküllerinde yeni bağlar oluşturarak güneş enerjisinin depolanması işlemidir. Fotosentezin başlangıç maddeleri su H2O ve karbondioksit C02'dir. Bu basit inorganik bileşiklerden daha karmaşık, enerji açısından zengin besinler oluşur. Moleküler oksijen O2 yan ürün olarak oluşur ancak bizim için çok önemlidir. Bir örnek, ışık kuantumunun emilmesi ve kloroplastlarda bulunan klorofil pigmentinin varlığı nedeniyle meydana gelen bir reaksiyondur.

Sonuç olarak bir molekül şeker C6H12O6 ve altı molekül oksijen O2 elde edilir. İşlem aşamalar halinde ilerler, ilk önce fotoliz aşamasında, suyun bölünmesiyle hidrojen ve oksijen oluşur ve daha sonra hidrojen, karbondioksit ile birleşerek bir karbonhidrat - şeker C 6 H 12 O 6 oluşturur. Esasen fotosentez, Güneş'in ışınım enerjisinin, ortaya çıkan organik maddelerin kimyasal bağlarının enerjisine dönüştürülmesidir. Dolayısıyla ışıkta oksijen O2 üreten fotosentez, canlı organizmalara serbest enerji sağlayan biyolojik süreçtir. Vücutta oksijen tüketimiyle ilişkili metabolik bir süreç olarak normal solunum süreci, fotosentez sürecinin tersidir. Bu süreçlerin her ikisi de aşağıdaki zinciri takip edebilir:

Güneş enerjisi (fotosentez)

besinler + (solunum)

Kimyasal bağların enerjisi.

Solunumun son ürünleri fotosentez için başlangıç malzemesi görevi görür. Böylece fotosentez ve solunum süreçleri Dünya'daki madde döngüsüne katılır. Güneş radyasyonunun bir kısmı bitkiler ve zaten bildiğimiz gibi ototrof olan bazı organizmalar tarafından emilir. kendi kendine beslenir (onlar için yiyecek güneş ışığıdır). Ototroflar, fotosentez işleminin bir sonucu olarak atmosferik karbondioksiti ve suyu bağlayarak 150 milyar tona kadar organik madde oluşturur, 300 milyar tona kadar CO2'yi asimile eder ve yılda yaklaşık 200 milyar ton serbest oksijen O2 açığa çıkarır.

Ortaya çıkan organik maddeler insanlar ve otçullar tarafından gıda olarak kullanılır ve bunlar da diğer heterotroflarla beslenir. Bitki ve hayvan kalıntıları daha sonra fotosentezde yine CO2 ve H2O formunda yer alabilen basit inorganik maddelere ayrıştırılır. Fosil enerji yakıtı biçiminde depolananlar da dahil olmak üzere, ortaya çıkan enerjinin bir kısmı canlı organizmalar tarafından tüketilmek üzere kullanılırken, bir kısmı da faydasız bir şekilde çevreye saçılıyor. Bu nedenle fotosentez süreci, kendisine gerekli enerji ve oksijeni sağlama yeteneği nedeniyle, Dünya biyosferinin gelişiminin belirli bir aşamasında canlıların evrimi için bir katalizördür.

Hücredeki metabolizmanın temelini difüzyon süreçleri oluşturur, bu da onların yardımıyla bu süreçlerin organ düzeyinde gerçekleştirildiği anlamına gelir. Bitkilerin kök kıllarında, hayvanların ve insanların bağırsaklarında emilim süreçleri bu şekilde gerçekleşir; Bitki stomalarında, insan ve hayvanların akciğerlerinde ve dokularında gaz değişimi, boşaltım süreçleri.

Biyologlar, 1855'te hücreleri bölerek hücre büyümesinin mekanizmasını kuran Schleiden, Schwann, Purime ve Virchow'dan başlayarak 150 yıldan fazla bir süredir hücrelerin yapısı ve incelenmesi üzerinde çalışıyorlar. Her organizmanın bölünmeye başlayan tek bir hücreden geliştiği ve bunun sonucunda birbirinden belirgin şekilde farklı birçok hücrenin oluştuğu tespit edildi. Ancak organizmanın gelişimi başlangıçta ilk hücrenin bölünmesiyle başladığı için, yaşam döngümüzün bir aşamasında çok uzaktaki tek hücreli bir atayla benzerliklerimizi koruyoruz ve şaka yollu bir şekilde, büyük ihtimalle bir başka hücreden türediğimiz söylenebilir. bir maymundan ziyade amip.

Organlar hücrelerden oluşur ve hücre sistemi, kendisini oluşturan unsurların sahip olmadığı nitelikleri kazanır. bireysel hücreler. Bu farklılıklar belirli bir hücre tarafından sentezlenen protein grubundan kaynaklanmaktadır. İşlevlerine bağlı olarak kas hücreleri, sinir hücreleri, kan hücreleri (eritrositler), epitel hücreleri ve diğerleri vardır. Hücre farklılaşması organizmanın gelişimi sırasında yavaş yavaş gerçekleşir. Hücre bölünmesi, yaşamları ve ölümleri sürecinde, organizmanın yaşamı boyunca hücrelerin sürekli yenilenmesi meydana gelir.

Vücudumuzdaki tek bir molekül bile birkaç hafta veya aydan daha uzun süre değişmeden kalmaz. Bu süre zarfında moleküller sentezlenir, hücre yaşamındaki rollerini yerine getirir, yok edilir ve yerini az çok aynı moleküller alır. En şaşırtıcı olanı ise, canlı organizmaların bir bütün olarak kendilerini oluşturan moleküllerden çok daha sabit olmaları ve hücrelerin yapısının ve bu hücrelerden oluşan tüm vücudun, bu kesintisiz döngüde, moleküllerin değişmesine rağmen değişmeden kalmasıdır. bireysel bileşenler.

Üstelik bu, arabanın tek tek parçalarının değiştirilmesi değil, S. Rose'un mecazi olarak gövdeyi bir tuğla binayla karşılaştırdığı gibi, "çılgın bir duvarcının sürekli olarak gece gündüz bir tuğlayı çıkardığı ve yenilerini eklediği" bir tuğla binayla. onların yerine. Aynı zamanda binanın dış görünümü aynı kalıyor ancak malzemesi sürekli değişiyor.” Bazı nöronlar ve hücrelerle doğuyoruz, bazılarıyla birlikte ölüyoruz. Bir çocuğun ve bir yaşlının bilinci, anlayışı ve algısı buna örnektir. Tüm hücreler, belirli bir organizmanın tüm proteinlerinin yapımı için eksiksiz genetik bilgi içerir. Kalıtsal bilgilerin depolanması ve iletilmesi hücre çekirdeği kullanılarak gerçekleştirilir.

Çözüm: Plazma zarı geçirgenliğinin hücre yaşamındaki rolü abartılamaz. Hücreye enerji sağlamak, ürünler elde etmek ve hücreyi bozunma ürünlerinden arındırmakla ilgili süreçlerin çoğu, bu yarı geçirgen canlı bariyerden geçen difüzyon yasalarına dayanmaktadır.

Osmoz- özünde, suyun daha yüksek su konsantrasyonuna sahip yerlerden daha düşük su konsantrasyonuna sahip yerlere basit bir şekilde yayılması.

Pasif ulaşım– maddelerin elektrokimyasal potansiyeli yüksek olan yerlerden değeri daha düşük olan yerlere aktarılmasıdır. Suda çözünen küçük moleküllerin transferi özel taşıma proteinleri kullanılarak gerçekleştirilir. Bunlar, her biri belirli moleküllerin veya ilgili molekül gruplarının taşınmasından sorumlu olan özel transmembran proteinleridir.

Moleküllerin bir membran boyunca elektrokimyasal gradyanlarına karşı taşınmasını sağlamak genellikle gereklidir. Bu süreç denir aktif taşımacılık Faaliyetleri enerji gerektiren taşıyıcı proteinler tarafından gerçekleştirilir. Bir taşıyıcı proteini bir enerji kaynağına bağlarsanız, maddelerin zar boyunca aktif taşınmasını sağlayan bir mekanizma elde edebilirsiniz.

II.6. Difüzyon uygulaması.

İnsanoğlu eski çağlardan beri yayılma olayını kullanıyor. Bu süreç evin pişirilmesini ve ısıtılmasını içerir. Metallerin ısıl işlemleri (kaynak, lehimleme, kesme, kaplama vb.) sırasında difüzyonla karşılaşırız; parçaların ve cihazların kimyasal direncini, mukavemetini, sertliğini arttırmak veya koruyucu ve dekoratif amaçlarla (galvanizleme, krom kaplama, nikel kaplama) metal ürünlerin yüzeyine ince bir metal tabakası uygulanması.

Evde yemek pişirmek için kullandığımız doğal yanıcı gazın ne rengi ne de kokusu vardır. Bu nedenle gaz sızıntısını hemen fark etmek zor olacaktır. Ve bir sızıntı olduğunda gaz difüzyon nedeniyle odanın her tarafına yayılır. Bu arada kapalı bir odada belirli bir gaz/hava oranında, örneğin yanan bir kibritten patlayabilecek bir karışım oluşur. Gaz ayrıca zehirlenmeye de neden olabilir.

Odaya gaz akışını fark edilebilir hale getirmek için, dağıtım istasyonlarında yanıcı gaz, insanlar tarafından çok düşük konsantrasyonlarda bile kolayca algılanabilen, güçlü ve hoş olmayan bir kokuya sahip özel maddelerle önceden karıştırılır. Bu önlem, bir sızıntı olması durumunda odadaki gaz birikimini hızlı bir şekilde fark etmenizi sağlar.

Modern endüstride, termoplastik levhalardan ürünlerin üretilmesi için bir yöntem olan vakumlu şekillendirme kullanılmaktadır. Sacın sabitlendiği kalıp boşluğunda vakumdan kaynaklanan basınç farkı nedeniyle istenilen konfigürasyonda ürün elde edilir. Örneğin kapların, buzdolabı parçalarının ve alet gövdelerinin üretiminde kullanılır. Bu şekilde yayılma nedeniyle, kendi başına kaynak yapılması mümkün olmayan bir şeyin (camlı metal, cam ve seramik, metaller ve seramik ve çok daha fazlası) kaynaklanması mümkündür.

Çeşitli uranyum izotoplarının gözenekli membranlardan difüzyonu nedeniyle nükleer reaktörler için yakıt arıtılır. Bazen nükleer yakıta nükleer yakıt denir.

Maddelerin deri altı dokuya, kaslara veya gözün, burnun veya kulak kanalının mukoza zarlarına uygulandığında emilimi (emilimi) esas olarak difüzyon nedeniyle meydana gelir. Birçok tıbbi maddenin kullanımının temeli budur ve kaslardaki emilim, cilttekinden daha hızlı gerçekleşir.

Popüler bilgelik şöyle der: "Saçlarınızı çiy varken biçin." Söyle bana, yayılma ve sabah biçmenin bununla ne alakası var? Açıklama çok basit. Sabah çiyi sırasında çimenlerin turgor basıncı artar, stomalar açıktır ve saplar elastiktir, bu da onların biçilmesini kolaylaştırır (kapalı stomalar ile biçilen çimler daha kötü kurur).

Bahçecilikte, bitkilerin tomurcuklanması ve aşılanması sırasında, difüzyon (Latince Kallus - kallustan) nedeniyle bölümlerde kallus oluşur - hasar yerlerine akın şeklinde yara dokusu ve iyileşmelerini destekler, filizin füzyonunu sağlar. anaç.

Kallus izole doku kültürü (eksplantasyon) elde etmek için kullanılır. Bu, insan vücudundan, hayvanlardan ve bitkilerden izole edilen hücrelerin, dokuların, küçük organların veya bunların parçalarının özel besin ortamlarında uzun süreli koruma ve yetiştirme yöntemidir. Asepsi, beslenme, gaz değişimi ve ekili nesnelerin metabolik ürünlerinin uzaklaştırılmasını sağlayan bir mikroorganizma kültürünün yetiştirilmesi yöntemlerine dayanmaktadır. Doku kültürü yönteminin avantajlarından biri de hücrelerin yaşamsal aktivitesinin mikroskop kullanılarak gözlemlenebilmesidir. Bunu yapmak için bitki dokusu, oksinler ve sitokininler içeren besin ortamlarında büyütülür. Kallus genellikle zayıf farklılaşmış homojen eğitim dokusu hücrelerinden oluşur, ancak büyüme koşulları değiştiğinde, özellikle besin ortamındaki fitohormonların içeriği, içinde floem, ksilem ve diğer dokuların oluşumu ve ayrıca çeşitli organların gelişimi mümkündür. ve tüm bitki.

II.7. Bireysel deneylerin tasarımı.

Bilimsel literatürü kullanarak benim için en ilginç olan deneyleri tekrarlamaya çalıştım. Sunumda difüzyon mekanizmasını ve bu deneylerin sonuçlarını animasyon modelleri halinde anlattım.

DENEYİM 1.İki test tüpü alın: yarısı suyla, diğer yarısı kumla dolu. Suyu kumlu bir test tüpüne dökün. Bir deney tüpündeki su ve kum karışımının hacmi, su ve kum hacimlerinin toplamından küçüktür.

DENEYİM 2. Uzun bir cam tüpü yarısına kadar suyla doldurun ve üzerine renkli alkol dökün. Tüpteki sıvıların genel seviyesini lastik bir halkayla işaretleyin. Su ve alkol karıştırıldıktan sonra karışımın hacmi azalır.

(Deney 1 ve 2, maddenin parçacıkları arasında boşluklar olduğunu, yayılma sırasında bunların yabancı maddenin parçacıklarıyla doldurulduğunu kanıtlıyor.)

DENEYİM 3. Amonyakla nemlendirilmiş bir pamuk yünü, fenolftalein göstergesi ile nemlendirilmiş bir pamuk yünü ile temas ettiriyoruz. Polarların koyu kırmızı renkte olduğunu görüyoruz.

Şimdi bir cam kabın tabanına amonyakla nemlendirilmiş bir pamuk yünü ve fenolftalein ile nemlendirilmiş bir pamuk yünü yerleştirilir. Bunu kapağa takın ve cam kabı bu kapakla kapatın. Bir süre sonra fenolftalein ile ıslatılan pamuk yünü renklenmeye başlar.

Amonyakla etkileşim sonucunda fenolftalein kırmızıya döner ve pamuk yünüyle temas ettiğinde bunu gözlemledik. Peki o zaman neden ikinci durumda fenolftalein ile ıslatılmış pamuk yünü. O da boyalı, çünkü artık yünler temas etmiyor mu? Cevap: Madde parçacıklarının sürekli kaotik hareketi.

DENEYİM 4. Uzun silindirik bir kabın içindeki duvar boyunca, nişasta macunu ve fenolftalein gösterge çözeltisi karışımına batırılmış dar bir filtre kağıdı şeridi yerleştirin. İyot kristallerini kabın dibine yerleştirin. Kabı, amonyak çözeltisine batırılmış pamuk yününün asıldığı bir kapakla sıkıca kapatın.

İyotun nişasta ile etkileşimi nedeniyle kağıt şeridinde mavi-mor bir renk yükselir. Aynı zamanda, amonyak moleküllerinin hareketinin kanıtı olan koyu kırmızı bir renk aşağı doğru yayılır. Birkaç dakika sonra kağıdın renkli alanlarının sınırları buluşur ve ardından mavi ve kırmızı renkler karışır, yani yayılma meydana gelir.[10]

DENEYİM 5.(birlikte geçirin) Saniye ibresi olan bir saat, bir mezura, bir şişe tuvalet suyu alın ve odanın farklı köşelerinde durun. Biri saati not ediyor ve şişeyi açıyor. Bir diğeri tuvalet suyunun kokusunu aldığı zamanı not ediyor. Deneyciler arasındaki mesafeyi ölçerek yayılma hızını buluyoruz. Doğruluk için deney 3-4 kez tekrarlanır ve ortalama hız değeri bulunur. Deneyciler arasındaki mesafe 5 metre ise koku 12 dakika sonra hissediliyor. Yani bu durumda yayılma hızı 2,4 m/dakikadır.

DENEYİM 6. PLAZMOLİZ YÖNTEMİ İLE PLAZMA VİSKOZİTESİNİN BELİRTİLMESİ (P.A. Genkel'e göre).

İlerleme hızı dışbükey plazmoliz bitki hücrelerinde hipertanik bir çözelti ile muamele edildiklerinde bu, sitoplazmanın viskozitesine bağlıdır; sitoplazmanın viskozitesi ne kadar düşük olursa, içbükey plazmoliz o kadar çabuk dışbükey hale gelir. Sitoplazmanın viskozitesi, kolloidal parçacıkların dağılım derecesine ve bunların hidrasyonuna, hücredeki su içeriğine, hücrelerin yaşına ve diğer faktörlere bağlıdır.

İlerlemek. Aloe yaprağından epidermisin ince bir bölümünü yapın veya bir soğanın yumuşak pullarından epidermisi yırtın. Hazırlanan kesitler saat camında 1:5000 konsantrasyonda nötr kırmızı solüsyon içerisinde 10 dakika süreyle renklendirilir. Daha sonra nesnenin bölümleri bir damla düşük konsantrasyonlu sakaroz içindeki bir cam slayt üzerine yerleştirilir ve bir lamel ile kapatılır. Mikroskop altında plazmoliz durumu not edilir. İlk olarak hücrelerde içbükey plazmoliz gözlenir. Daha sonra bu şekil ya korunur ya da değişen hızlarla dışbükey bir şekle dönüşür. İçbükeyden dışbükey plazmolize geçiş zamanına dikkat etmek önemlidir. İçbükey plazmolizin dışbükey plazmolize dönüştüğü süre, protoplazma viskozitesinin derecesinin bir göstergesidir. Dışbükey plazmolize geçiş süresi ne kadar uzun olursa, plazma viskozitesi o kadar büyük olur. Soğan hücrelerindeki plazmoliz, aloe derisinden daha hızlı başlar. Bu, aloe hücrelerinin sitoplazmasının daha viskoz olduğu anlamına gelir.

DENEYİM 7. PLASMOLİZ. DEPLAZMOLİZ. MADDELERİN VAKUL İÇİNE PENETRASYONU [2]

Bazı organik maddeler vakuole oldukça hızlı nüfuz eder. Hücrelerde bu tür maddelerin çözeltileri içinde tutulduklarında plazmoliz nispeten hızlı bir şekilde kaybolur ve deplazmoliz meydana gelir.

Deplazmoliz, hücrelerdeki turgorun restorasyonudur(yani plazmoliz olayının tersi fenomen).

İlerlemek. Renkli soğan pullarının (içbükey taraf) üst epidermisinin bölümleri, doğrudan bir cam slayt üzerine bir damla bitki gübresi üre veya gliserol I M çözeltisine yerleştirilir ve bir lamel ile kapatılır. 15-30 dakika sonra nesneler mikroskop altında incelenir. Plazmolize hücreler açıkça görülebilir. Bölümleri 30-40 dakika daha bir damla solüsyonda bırakın. Daha sonra tekrar mikroskop altına bakarlar ve deplazmoliz - turgorun restorasyonu - gözlemlerler.

Çözüm : Bitkiler, hücrelere giren ve çıkan kimyasalların miktarını net bir şekilde kontrol edemez.

III. Çözüm.

Difüzyon yasaları, dünyanın iç kısmındaki ve Evrendeki elementlerin fiziksel ve kimyasal hareket süreçlerini ve ayrıca canlı organizmaların hücrelerinin ve dokularının hayati süreçlerini yönetir. Difüzyon, bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarında, canlı ve cansız doğada meydana gelen süreçlerde önemli bir rol oynar. Difüzyon, birçok kimyasal reaksiyonun yanı sıra birçok fizikokimyasal süreç ve olguyu da etkiler: membran, buharlaşma, yoğunlaşma, kristalleşme, çözünme, şişme, yanma, katalitik, kromatografik, lüminesans, yarı iletkenlerde elektriksel ve optik, nükleer reaktörlerde nötron moderasyonu vb. . Difüzyon, faz sınırlarında çift elektrik katmanının oluşumunda, difüzyon ve elektroforezde, hızlı görüntü elde etmek için fotoğraf işlemlerinde vb. büyük önem taşır. Difüzyon birçok yaygın teknik işlemin temelini oluşturur: tozların sinterlenmesi, kimyasal-termal işlem metallerin işlenmesi, malzemelerin metalleştirilmesi ve kaynaklanması, deri ve kürkün tabaklanması, elyafların boyanması, difüzyon pompaları kullanılarak gazların hareket ettirilmesi. Gelişen teknoloji alanları (nükleer enerji, uzay bilimi, radyasyon ve plazma-kimyasal süreçler vb.) için önceden belirlenmiş özelliklere sahip malzemeler oluşturma ihtiyacı nedeniyle difüzyonun rolü önemli ölçüde artmıştır. Difüzyonu düzenleyen yasaların bilgisi, yüksek yük ve sıcaklıkların, radyasyonun ve çok daha fazlasının etkisi altında ürünlerde meydana gelen istenmeyen değişiklikleri önlemeyi mümkün kılar...

Yayılma olmasaydı dünya nasıl olurdu? Parçacıkların termal hareketini durdurun - etraftaki her şey ölecek!

Çalışmamda özet konusuyla ilgili toplanan materyali özetledim ve savunması için Power Point editöründe yapılan bir sunum hazırladım. Bu sunumun bu konudaki ders materyalini çeşitlendirebileceğini düşünüyorum. Literatürde açıklanan deneylerden bazıları tarafımdan tekrarlandı ve biraz değiştirildi. Difüzyonun en ilginç örnekleri animasyonlu modellerdeki sunum slaytlarında sunulmaktadır.

IV. Kullanılmış Kitaplar:

1. Antonov V.F., Chernysh A.M., Pasechnik V.I., ve diğerleri Biyofizik.

M., Arktos-Vika-press, 1996

2. Afanasyev Yu.I., Yurina N.A., Kotovsky E.F. ve diğerleri Histoloji.

M. Tıp, 1999.

3. Alberts B., Bray D., Lewis J. ve diğerleri Hücrenin moleküler biyolojisi.

3 cilt halinde. Cilt 1. M., Mir, 1994.

4. Büyük Cyril ve Methodius Ansiklopedisi 2006

5. Varikash V.M. ve diğerleri Yaşayan doğada fizik. Minsk, 1984.

6.Demyankov E.N. Biyolojideki problemler. M. Vlados, 2004.

7. Nikolaev N.I. Membranlarda difüzyon. M. Kimya, 1980, s.76

8. Peryshkin A.V. Fizik. 7. M. Bustard, 2004.

9. Fiziksel ansiklopedik sözlük, M., 1983, s. 174-175, 652, 754

10. Shablovsky V. Eğlenceli fizik. St.Petersburg, “trigon” 1997, s.416

11.xttp//bio. 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” Kategoriler: Atom düzeyinde olaylar | Termodinamik olaylar | Transfer fenomeni | Difüzyon

Genel biyoloji dersi

Ders konusu: Difüzyon yaşamın temelidir

Eğitim oturumunun türü: entegre ders(T.I. Shamova’nın sınıflandırmasına göre)

Eğitim oturumunun amaçları:

1. Eğitim yönü - hücre zarının iç katmanının - plazma zarının (ve örneğini kullanarak diğer hücre zarlarının) yapısı, özellikleri ve işlevleri hakkında bilginin oluşumu, yazışma kavramının geliştirilmesi Gerçekleştirilen işlevlerin yapısı.

2. Gelişimsel yön - öğrencilerin düşünmesini, karşılaştırma, analiz etme yeteneğini, sonuçları bağımsız olarak formüle etme yeteneğini etkinleştirmek, öğrencilerin mantıksal düşünme ve bilişsel aktivitesinin gelişimini teşvik etmek.

3. Eğitimsel yönü - Biyoloji eğitimi için motivasyonun arttırılması, doğa bilimleri konularına ilginin arttırılması, çeşitli aktivite tekniklerinin kullanılması, canlı bir organizmanın özelliklerine ilişkin bilginin ancak çeşitli bilimlerden elde edilen bilgilerin entegrasyonu ile mümkün olduğunu göstermek.

Dersler sırasında

1. Organizasyon anı

Öğrencileri derste çalışmaya hazırlamak: selamlama, işe karşı olumlu psikolojik tutum, tüm öğrencilerin dikkatini organize etme.

Öğretmen. İyi günler sevgili öğrenciler! Sizinle tanıştığıma memnun oldum ve ders sırasında yardımınızı ve işbirliğinizi umuyorum. Size bir sepet mandalina vererek sizi birlikte çalışmaya davet ediyorum. Teklifimi kabul edersen avuçlarını bana doğru aç, kabul etmezsen onları benden çevir. Bu meyvelere bakmak bir zevk; parlak “turuncu toplar” bize neşe, keyif ve mutluluk hissi veriyor!

2. Öğrencilerin motivasyonu

Dersimizin epigrafı olarak Macar radyokimyacı D. Hevesy'nin sözlerini seçtim: (Sunumun 1. slaytı)

Soru: Bu sözleri nasıl anlıyorsunuz?

Öğrencilerin akıl yürütmesi

Öğrencilerin yeni bir konu üzerindeki çalışmalarını organize etmek

2. Resepsiyon “Fikir Sepeti”

Öğrencileri mandalina soymaya davet eder.

Soru: “Seyircide neler değişti?”

Soru: “Bu neden oldu?”

Öğretmen öğrencilerin cevaplarını (mecazi olarak) bir “fikir sepetine” koyar.

Soru: “Sizce bu süreçlerin temelinde hangi olgu var?”

Özetliyor.

Ana koşul, başkaları tarafından söylenenleri tekrarlamamaktır.

Öğretmen: Canlı ve cansız doğadaki moleküllerin sürekli hareket ettiğinin kanıtı olan bu olay neden oluyor? Bu hareketlerin altında hangi süreçler yatıyor? Bugün bunun hakkında konuşacağız.

3. Hedef belirleme

Öğretmen: Öğrencileri dersin konusunu formüle etmeye davet eder.

Dersin konusunu düzeltir: “Yayılma yaşamın temelidir.”

Öğrencilerin dersin amacını oluşturmalarına yardımcı olur. Dersimizin amacı:Difüzyonun yaşamın temeli olduğunu kanıtlayın.

Öğretmen: dersin amaçları: Sitoplazmik zarın yapısı, özellikleri ve işlevleri hakkındaki bilgileri genişletmek, bu derste “Fizik” ve “Biyoloji” gibi disiplinlerin ilişkisini göstermek ve difüzyonun yaşamın temeli olduğunu kanıtlamak.

3. Bilginin güncellenmesi.

Öğretmen: Bugünkü dersin konusuyla ilgili materyal, daha önce biyoloji okurken edindiğiniz bilgilere dayanmaktadır. Şimdi bazı anları hatırlayacağız.

Bulmaca "Temel hücresel yapılar"

(Sunumun 2. slaytı)

Öğretmen: Bulmacadaki son kelime "kabuk"tur.

Soru: “Zarın altında hangi hücresel yapı bulunur?”

4. Ve yeni materyal öğrenme

Öğretmen: Hücre duvarının altında, doğrudan sitoplazmayı çevreleyen bir plazma zarı (zar - deri, film) vardır. Plazma zarının kalınlığı yaklaşık 10 nm'dir.

Öğretmen:

1. Setler soru:"Plazma zarını hangi maddelerin oluşturduğunu hatırlıyor musun?"

2. Plazma zarının yapısı hakkında bir hikaye (zarın yapısının şeması slaytta gösterilmiştir)

(sunumun 3. slaydı)

Öğrenciler: Proteinler ve lipitler. İki katman halinde düzenlenmiştir.

Öğretmen: Plazma zarındaki lipit molekülleri iki sıra halinde düzenlenir ve sürekli bir tabaka oluşturur. Membranların çoğu fosfolipidler içerir; bunlar bir fosforik asit kalıntısı içerir. Fosfolipid molekülleri, hidrofilik "kuyruklar" içe bakacak ve hidrofobik "başlıklar" dışarıya, suya bakacak şekilde düzenlenmiştir.Zar, lipitlere ek olarak proteinler de içerir (%60'a kadar). Membranın spesifik fonksiyonlarını belirlerler. Protein ve lipit molekülleri hareketlidir ve esas olarak membran düzleminde hareket edebilir. Protein molekülleri sürekli bir tabaka oluşturmaz.

Var:

periferik proteinler- Membranın dış veya iç yüzeyinde bulunur, dış ve iç ortamdan gelen sinyalleri dönüştürebilir,

yarı integral proteinler– Membran yapısını destekleyen çift katmana değişen derinliklerde daldırılır,

zar ötesi proteinler– Membrana nüfuz ederek hücrenin dış ve iç ortamıyla temas eder, metabolik reaksiyonları katalize eder, katyon ve anyonların taşınmasını sağlar ve gözenekler oluşturur.

Öğretmen: Membran özellikleri

Ancak zarların özelliklerine geçmeden önce fizik dersinden bildiklerinizi hatırlayalım.

Soru: "Fizik açısından bakıldığında sıvının özelliklerinden biri olan akışkanlığı açıklayan nedir?"

Soru: “Bu fenomen hangi durumda gözlemleniyor?”

Yanıtlar: Sıvı moleküllerin karşılıklı çekimi ile açıklanmaktadır. Bu fenomen, sıvının molekülleri arasındaki mesafenin molekülün boyutuyla karşılaştırılabilir olması durumunda gözlenir.

Öğrencileri materyali açıklarken diyagramı doldurmaya davet eder.

(sunumun 4. slaytı)

Öğretmen: Sabun köpüğü ile yapılan deneyleri kullanarak zarın özelliklerini açıklayacağız.

Sorunlu soru: “Neden sabun köpüğü aldık?”

Sabun köpüğünün yapısının gösterilmesi.

(sunumun 5. slaytı)

Öğretmen: Cevap: Ancak gerçek şu ki, zarları oluşturan sabun ve fosfolipid molekülleri benzer bir yapıya sahiptir.

Deneyim: Bir öğrenci plastik bir tüp üzerinde asılı olan sabun köpüğünün duvarındaki sıvı akışını gösteriyor

Membranların ilk özelliği hareketliliktir.

Bir lipit çift katmanı, esasen, moleküllerin karşılıklı çekim nedeniyle temasları kaybetmeden serbestçe hareket edebildiği - "akış" düzlemi içinde sıvı bir oluşumdur. Hidrofobik kuyruklar serbestçe birbirinin üzerinden kayabilir.

Deneyim:Öğrenci, bir sabun köpüğünü delerek ve ardından iğneyi çıkararak duvarın bütünlüğünün nasıl anında onarıldığını gösterir.

Öğretmen: İkinci özellik ise kendi kendine kapanma yeteneğidir.

Bu yetenek sayesinde hücreler, plazma zarlarını birleştirerek (örneğin kas dokusunun gelişimi sırasında) kaynaşabilirler. Aynı etki, bir hücreyi mikro bıçakla iki parçaya böldüğünüzde de gözlenir, ardından her parça kapalı bir plazma zarıyla çevrelenir.

Soru: "Fizik açısından hangi durumda moleküller arasında karşılıklı çekim gözlenir?"

Cevap: Moleküller arasındaki mesafe molekülün boyutuyla karşılaştırılabilirse karşılıklı çekim gözlenir, ancak mesafe çok daha büyük olursa karşılıklı çekim görünmez.

“Kolaylaştırılmış difüzyon” video parçası

Öğretmen: Bir membranın üçüncü en önemli özelliği, seçici geçirgenlik. Bu, moleküllerin ve iyonların membrandan farklı hızlarda geçtikleri ve moleküllerin boyutu büyüdükçe membrandan geçme hızlarının yavaşladığı anlamına gelir. Bu özellik plazma membranını şu şekilde tanımlar: Ozmotik bariyer.İçinde çözünen su ve gazlar maksimum nüfuz etme kabiliyetine sahiptir; İyonlar membrandan çok daha yavaş geçer.

Öğretmen: Membranın özelliklerini adlandırın:

Öğrenciler cevap verir: 1. Hareketlilik. 2. Kendi kendine kapanma. 3. Seçici geçirgenlik. (Sunumun 6. slaytı)

Öğretmen: Şimdi biraz dinlenelim.

Beden eğitimi dakikası

Öğretmen:

Deneyimin gösterilmesi “Bir bitki hücresinin plazmoliz ve deplazmolizinin gözlemlenmesi”(video klip)

Sorular:

Plazmoliz nedir?

Deplazmoliz adı verilen olay nedir?

Osmoz nedir?

Öğrencilerle birlikte sonuçlar çıkarır.

Öğretmen: Çözüm:

PLASMOLİZ - paryetal sitoplazma tabakasının bitki hücresinin sert kabuğundan ayrılması.

DEPLAZMOLİZ

OSMOZ

Plazma zarının seçici olarak geçirgen olduğunu doğruladık

Öğretmen: Oparin Alexander Ivanovich, zarların ortaya çıkmasından sonra denizlerde kaynatılan çorbadan ilk canlı organizmaların oluşabileceğini söyledi. Bilim adamı bu ifadeye hangi temelde ulaştı?

Öğrenciler: Membran, hücresel içerikleri dış ortamdan sınırlar.

Öğretmen: Hücre zarının temel fonksiyonlarının neler olduğunu hatırlayalım mı?

Öğrenciler: 1. Bariyer

2. Taşıma

3. Alıcı

Video parçası “Membran fonksiyonları”

Öğretmen: Membranın taşıma fonksiyonuna daha detaylı bakalım.

Öğretmen: 1. Egzersiz. Aşmanız gereken bir duvara, çite, bir engele yaklaştığınızı hayal edin. İçeri girmeyi nasıl deneyeceksin?

Öğrenciler iki gruba ayrılır, her gruba dikey bir çizgiyle iki sütuna bölünmüş bir kağıt verilir. Gruba düşünmeleri için 2 dakika süre verilir. Öğrenciler mümkün olduğu kadar çok giriş yöntemi önermeli ve bunları kağıdın sol sütununa yazmalıdır.

Grup çalışmalarının reklamı, bunun sonucunda her grubun listesi en başarılı tekliflerle desteklenir.

Görev 2. Bir engeli aşması gerekenin bir çite veya duvara yaklaşan bir kişi değil, canlı bir hücrenin yanında bulunan bir madde olduğunu hayal edin. Hücreye girmesi gerekiyor. Engelleri aşmak için önerdiğiniz yöntemlerin her biri için analojiler bulmaya çalışın. Bunları kağıdın sağ tarafına yazın.

Gruplarda sosyalleşme. Öğrenciler hücreye girme yöntemlerini yüksek sesle okur ve diğer grupların en başarılı benzetmelerini kaydederler.

Öğretmen: (Grupların çalışmalarını özetler ve zardan taşınma türlerini açıklar).

Difüzyon

Video parçası “Bir membranda difüzyon”

Osmoz, bir çözücünün yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük konsantrasyonlu bir alana hareketidir.

Öğretmen: Deneylerde difüzyon hakkında konuşuyoruz. Sizi bir kez daha cansız doğaya döndürüyorum ve fizik açısından yayılmanın ne olduğunu hatırlamanızı rica ediyorum.

Difüzyon bir maddenin moleküllerinin diğerinin molekülleri arasına karşılıklı nüfuz etmesi olgusudur.

Öğretmen: Canlı ve cansız doğada yayılmanın özellikleri nelerdir? Difüzyon hızını ne belirler?

Öğrencilerin tartışılması, hipotezlerin öne sürülmesi

Öğretmen: Peki difüzyon hızının sıcaklığa ve maddenin topaklanma durumuna bağlı olduğunu düşünüyor musunuz? Neden?

Beklenen Öğrenci Cevapları

Öğretmen: Şimdi hipotezinizi deneysel olarak test edelim.

Deneyim

Ekipman: 2 bardak farklı sıcaklıkta su, bardak, pipet, kahve

İlerlemek:

Aynı miktarda, ancak farklı sıcaklıklardaki suyu iki özdeş cam kaba dökün.

Bardağa (farklı bardaklara) 2-3 damla sıcak ve soğuk su damlatın

En üste birkaç tane hazır kahve koyun.

Ne olacağını izle. (1 – 2 dakika)

Bardaktaki tüm suyun rengine dönmesi için gereken süreyi ölçün.

Bu deneyde difüzyon olayı gerçekleşiyor mu? Neden?

Sonuçları bir tabloda sunun.

Hayır deneyimi.

Bir bardak su

Boyama zamanı

Soğuk

sıcak

Birinci ve ikinci damarlardaki difüzyon hızı hakkında ne söyleyebilirsiniz?

Şimdi her iki kapta da aynı toplanma durumunda olan aynı maddeler difüzyona katılıyor. Peki yayılma hızı aynı mı olmalı? Ancak deneysel sonuçlar bunun tersini gösteriyor. Neden?

Etkileşen cisimlerin molekülleri daha hızlı hareket etmeye başladıkça, sıcaklık arttıkça difüzyon hızı da artar. Bu ifade herhangi bir toplanma durumundaki maddeler için geçerlidir.

Çözüm: Difüzyon sıvılarda meydana gelir ve sıcaklık arttıkça hızlanır.

5. Çalışılan materyalin anlaşılmasının ilk kontrolü.

Öğretmen: Şuraya döner: soru, dersin başında sordu: “Söylesene, biz onu soymaya başladıktan sonra neden mandalina kokusu tüm sınıfa yayıldı?”

Soru:"Maddelerin sitoplazmik membran yoluyla hücreye taşınma mekanizmasının altında hangi fiziksel olay yatıyor?"

Konsolidasyon.

Öğrencileri, çalışılan materyali pekiştirmek için bir test görevini (multimedya sunumu kullanarak) tamamlamaya davet eder.

1. Plazma zarının ana işlevlerini seçin

a) taşıma, bariyer, alıcı

b) ulaşım, enerji, bariyer

c) taşıma, enerji, katalitik

2. Plazma zarını hangi maddeler oluşturur?

a) karbonhidratlar ve proteinler

b) proteinler ve lipitler

c) proteinler ve nükleik asitler

3. Bu şekilde hangi süreç gösterilmektedir?

a) ozmoz

b) difüzyon

c) plazmoliz

4. Bu şekilde hangi süreç gösterilmektedir?

a) plazmoliz

b) deplazmoliz

c) mitoz

5. Fasulyeye dönelim, masalarınızda olan. Fasulyelerden birini önceden sıcak suya batırdık, diğeri kuru kaldı. Fasulyelerin boyutlarındaki farkın gözle görülür olduğunu düşünüyorum. Burada nasıl bir süreç gözlemliyorsunuz?

a) plazmoliz

b) ozmoz

yükseklik

Test görevinin karşılıklı doğrulanması

7. Analiz

Öğretmen: Dersimizin epigrafisine dönelim

"Düşünen zihin, gözlemlediği farklı gerçekleri birbirine bağlamayı başarıncaya kadar kendini mutlu hissetmez."

Soru: Sizce dersimiz için doğru epigrafı seçtim mi? Sebebini açıkla?

Öğrenciler sorulan soruyu akıl yürüterek yanıtlarlar.

Öğretmen: Bu yüzden Yayılma neden yaşamın temelidir?

Öğrenciler: Canlı nesnelerin yaşam süreçlerinde difüzyon büyük önem taşır. Difüzyon, bitki beslenmesinde, insan ve hayvan vücudunda besin ve oksijenin transferinde önemli bir rol oynar.

Öğretmen: “Yayılma hakkındaki bilginin nerede (hayatta, meslekte) sizin için yararlı olacağını düşünüyorsunuz?”

Öğretmen: Plazma zarının özelliklerini ve işlevlerini incelerken "Fizik" ve "Biyoloji" disiplinlerini hangi olgu birbirine bağlar?

8. Ödev

Öğrencilere ödevleri anlatır ve nasıl tamamlayacaklarını açıklar.

1. "Harf karışıklığı" dolgu kelimesini çözün.

Bir maddenin moleküllerinin diğerinin moleküller arası boşluklarına nüfuz etmesi

Difüzyonun en yüksek oranda gerçekleştiği bir maddenin topaklanma durumu

Yarı geçirgen zarlardan tek yönde difüzyon

Zararlı üretim atıklarının atmosfere ve nehirlere emisyonunun sonucu

Dağınık……. Moleküller maddelerin difüzyonuna yol açar.

Difüzyon sürecini hızlandıran fiziksel miktar

İlaçların elektrik akımı kullanılarak deri yoluyla uygulanması.

2. “Mesleğimde Yayılım” adlı bir kitapçık oluşturun.

3. Yayılma olgusunun gözlemlendiği birkaç atasözünü seçin.

4. Bir deney yapın.

Birinci ve ikinci görevler tüm öğrenciler tarafından tamamlanır.

Üçüncü ve dördüncü - isteğe bağlı.

9. Yansıma

Öğrenciler ağacı mandalinalarla “giydirmeye” davet edilir:

Dersi beğendiyseniz ve birçok yeni ve ilginç şey öğrendiyseniz, ağaca turuncu bir mandalina eklenir;

Aktiviteyi beğenmediyseniz, sıkıcı ve ilgi çekici değildi, o zaman ağaca beyaz bir mandalina iliştirilir.

Öğrencileri dersin en aktif öğrencisini isimlendirmeye davet eder; bu öğrenciye “Yayılma hayatın temelidir” entegre dersinde aktif çalışması için bir sepet mandalina verilir.