І. Жылу құбылыстары ерте заманнан-ақ адамдардың назарын аударып келген. Адамның алғашқы от жағуды үйренуі мен оны өшірмей сақтай алуы, адамзат ашқан ұлы жаңалықтардың бірі болып табылады. Алайда жылу құбылыстарын түсіндіру үшін ғалымдарға ұзақ уақыт бойы еңбек етуге тура келді.
XVII ғасырдан ХІХ ғасырға дейін жылу табиғаты туралы екі көзқарас болды. Бірінші теорияға сәйкес материяның ерекше бір түрі жылу тегі бар, ол бір денеден екіншісіне өтіп, оның қаншалықы қызғанын анықтайды деп есептелді.
Жылу тегі теориясы мен қатар, жылудың екінші – корпускулалық теориясы болды. Бұл теорияға сәйкес, жылу дегеніміз – дененің өте ұсақ бөлшектерінің үздіксіз ішкі қозғалысы. Ол теорияның ХVII-XVIII ғасырлардағы көптеген көрнекті ғалымдар Ф.Бэкон, Р.Гук, И.Ньютон, Р.Боиль, Д.Бернулли, М.М.Ломоносов, т.б. тамаша қорғап шықты.
Жылу табиғаты туралы корпускулалық теорияның дамуы М.В.Ломоносов зор үлес қосты. Ол жылу мен суықтың табиғаты туралы жазған шығармасында (1745жылы) жылуды зат бөлшектерінің айнымалы қозғалысы ретінде қарастырды. Ол өз теориясының көмегімен балқу, булану, жылу өткізгіштік және басқа да құбылыстарға дұрыс түсініктеме берді. Өз уақытынан әлдеқайда озық болған бұл тамаша болжамдарды жылу табиғаты деген біздің қазіргі көзқарастарымыздың негізі жатыр.
ХІХ ғасырдың аяғында атақты ғалымдар М.Ломоносов, Р.Джоуль, Р.Клаузиус, Дж.Максвелл, Л.Больцмандар негізгі қорытынды жасады. Олар жылу құбылыстарын барлық денелерді құрайтын молекулалардың ретсіз қозғалысымен түсіндірді.
Молекулалардың ретсіз қозғалысын жылулық қозғалыс деп атайды.
Дене молеукулаларының жылулық қозғалысын желсіз тұнық ауадағы түйдектелген шіркей тобымен салыстыруға болады. Ауада шіркей бұлты қозғалыссыз ілініп тұрғандай сезіледі. Ал бұлттың ішіндегі жүздеген шіркей барлық бағытта біресе оңға, біресе солға тынбастан ретсіз қозғалады. Бірақ шіркейлердің бұлты өз пішінін өзгертпестен дәл сол орнында қалады. Көзге көрінбейтін атомдар мен молекулалардың қозғалысы да сондай ретсіз болады. Егер молекула көлемнен шығып кетсе онда оның орнын басқалары басады. Дене болса, өзгеріссіз қалады. Басқа молекулалардың соқтығысуы барысында әр молекула өзінің жылдамдығын тоқтаусыз өзгертеді. Оның қозғалыс траекториясы өте шатысқан, сынық сызық болып табылады. Әлемді құрайтын бөлшектердің көзге көрінбейтін жылулық қозғалысы ешқашан, ешбір жағдайда тоқтамайды.
ІІ. Молекулалардың ретсіз қозғалысының нәтижесі Броундық қозғалыс болып табылады. Бұл суда қалқыған өсімдік спорасының қозғалысын бақылаған ағылшын ботанигі Р.Броунның құрметі осылай аталған.
Ол спораның өте майда бөлшектерінің барлық бағытта үздіксіз қозғалыста болатынын байқаған. Бөлшектер ұсағырақ болған сайын, олар жылдамырақ қозғалған. Таңқаларлығы – бөлшектердің қозғалысы ешқашан тоқтамаған. Оларды көзге көрінбейтін қандай да бір күштер үнемі қозғап тұрғандай болады. Ал температура артқан сайын олардың қозғалысы үдей түседі.
Бөлшектердің броундық қозғалысы – үлкен және кіші бөлшектерге, сансыз көп молекулаларға, жеке молкулалар мен атомдарға тән жылулық қозғалыс.
Броундық қозғалыстың себебі неде?
Р.Броун жаратылыстану саласындағы айтарлықтай маңызды осындай құбылысты ашса да, оның не себептен болатынын түсіндіре алмады.
Бұл құбылыстың дұрыс, сапалық түсіндірмесі ХІХ ғасырдыңғ екінші жартысында бірқатар ғалымдардың еңбектерңінде көрініс тапты. Бірақ оның толық теориясына тек 1905-1906 жж. А.Энштейн, мен М.Смолуховский жасады.
Орта молекулаларының жылулық қозғалысы мен олардың броуындық бөлшекпен соқтығысуы броундық қозғалыстың себебі болып табылады
Броундық бөлшек өзін қоршаған орта молекулаларының соққысына ұшырайды. Молекулалар қозғалысы бөлшектердің соқтығысуы сияқты кездейсоқ сипатта болады. Нәтижесінде молекулалардың бөлшекке қандай да бір жағынан түсіретін қысымы орташа қысымнан артық немесе кем болады да, броундық бөлшектер қозғалысқа келеді. Бөлшектің өлшемдері мен массасы аз болған сайын оның жылдамдығын өзгерту оңай болады.
Броундық қозғалыс молекулалардың бар болуының және олардың ретсіз жылулық қозғалысының нақты дәлелі бол алады. (2-сурет)
ІІІ. Зат бөлшектерінің (молекулардың атомдардың) ретсіз қозғалысының келесі салдары диффузия құбылысы. Бұл құбылыспен сендер бұрыннан таныссыңдар. Диффузия құбылысы газдармен қоса сұйықтарда да, қатты денелерде де байқалады. Ауада иістің таралуы, әртүрлі сұйықтардың араласуы, ерітінді жасау, қатты денелерді желімдеу – мұның барлығы диффузия құбылысымен түсіндіріледі.
Диффузия – бір зат молекулаларының басқа бір зат молекулаларының аралығына ену құбылысы.
Газдағы диффузияға қарапайым мысал ретінде ауадағы иістің таралуын алуыға болады. мәселен, қақпағы ашық құтыдағы әтірдің хош иісі бөлменің ішіне таралады.
Егер газдағы диффузия өте аз уақыт мезетінде (санаулы секундтар, минуттар) өтетін болса, онда сұйықтардың араласуы үшін біраз уақыт (минуттар, сағаттар, күндер) кетеді. Бізге қоршаған ортадан белгілі диффузия құбылысына мына мысаладарды келтіруге болады. Стакандағы қайнаған суға бірнеше кесек қант саламыз. Біз біртіндеп ерітіндегі қант кесегінің еритінін байқаймыз. Ал стакандағы ерітіндінің көлемі ешқандай өзгермейді. Стакандағы суда сия, марганцовка тамшылары тез ериді. Тұз, спирт қышқылдары да жақсы араласады және бұл кезде өздігінен ерітінді пайда болады. Қатты денелерде диффузия баяу өтеді. Қалыпты температурада оны байқау өте қиын. Өздеріңе таныс қорғасын мен алтын пластиналармен жүргізілген тәжірибені естеріңе түсіріңдер. Оларды бір-біріне беттестіріп, төрт жыл өткеннен кейін қарағанда олар ажырамастай болып жабысып қалыпты. Химиялық талдау алтынның аздаған бөлігі қорғасынға енгенін, ал қорғасын алтынға 5 мм тереңдікке өткенін көрсеткен болатын.
Диффузияның қарқындылығы зат тығыздығы мен молекулалардың ретсіз қозғалысына байланысты болады.
IV. Диффузияның рөлі мен оның қолданылуы кеңінен танымал. Адам организміндегі диффузияның мәні зор. Оттек ауадан өкпенің қалтамырларына диффузия жолымен альвеол (ауа қапшықтары) қабырғалары арқылы жеңіл өтеді., одан кейін онда ери отырып, бүкіл организмге тарайды. Көмірқышқыл газы араласу арқылы қан тамырларынан өкпенің ауа қапшықтарына өтеді.Тағамдағы қоректік заттар клетканың ішіне араласады.
Түтікшелі қалқа (осмос) арқылы өтетін сұйықтардағы диффузия құбылысы жануарлар мен өсімдіктер тіршілігінде маңызды рөл атқарады. Ол өсімдік тамырларының суды сіңіріп, өсімдіктер мен жануарлардың қоректі қорытуына және олардың клеткаларынан қалдықтардың шығуына әсер етеді.
Диффузияның әсерінен планеталар атмосферасының химиялық құрамы біртекті болмайды.
Диффузия құбылысының практикада қолданылу аясы өте кең. Металдарды дәнекерлеу мен балқытып пісіпру процестері пісірілген металдардың немесе негізгі метал мен дәнекердің диффузиясы негізінде жасалған.
Қант қайнату заводтарындағы қызылшадан қантты шығарып алу да диффузия құбылысын негізделген. Қызылша сумен немесе концентрациясы аз қант ерітіндісімен жуылады. Бұл кезде қант молекулалары қызылшадан ерітіндіге өтеді.
Дереккөзі.
