الانتشار من التركيز الأعلى إلى الأقل
يستنتج أن جسيمات المادة تنتقل بالانتشار من الوسط الأكثر تركيزًا إلى الوسط الأقل تركيزًا حتى يتساوى التركيز، ويقارن سرعة الانتشار عند درجتي حرارة مختلفتين.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: الإنتشار — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (٤): الانتشار — الجزء الأول، ص ١٥
خطوات التجربة
افتح شاشة «الانتشار». اجعل «عدد الجزيئات» للنوع الذي في الجهة اليسرى من الحاجز كبيرًا (مثل ٥٠)، واتركه صفرًا للجهة اليمنى. الجهة اليسرى تمثّل مكان إطلاق الغاز، واليمنى الهواء البعيد عنه.
افتح «معطيات» لتظهر أعداد الجسيمات في كل جهة، وسجّلها في جدول قبل البدء.
اضغط «إزالة الحاجز» وشغّل «ساعة التوقيت»، وسجّل عدد الجسيمات في كل جهة ثلاث مرات على فترات متساوية.
تابع حتى يتقارب العددان في الجهتين. لاحظ: هل تتوقف الجسيمات عن الحركة بعد أن يتساوى التركيز؟
أعد ضبط المحاكاة بزر الإعادة (السهم الدائري)، وارفع «درجة الحرارة الابتدائية» قبل إضافة الجسيمات، ثم كرّر الخطوات بالعدد نفسه، وقارن الزمن الذي يحتاجه العددان ليتقاربا.
ضع جسيمات في الجهتين معًا (نوعًا في كل جهة) ثم أزل الحاجز، ولاحظ أن كل غاز ينتشر في الآخر، كما تختلط رائحة الغاز بالهواء.
الفكرة العلمية
الانتشار هو انتقال المادة من الوسط الأكثر تركيزًا بها إلى الوسط الأقل تركيزًا، ويستمر حتى يتساوى التركيز بين الوسطين. وما رأيته في المحاكاة يفسّر ذلك: جسيمات الغاز في حركة عشوائية دائمة، تصطدم ببعضها وبالجدران فتغيّر اتجاهها. فإذا أُزيل الحاجز عبر كثير منها إلى الجهة الفارغة لأن عددها في جهتها كبير، ولا يعود منها إلا قليل، فينتقل الغاز في المحصّلة إلى حيث التركيز أقل. وعندما يتساوى العدد لا تتوقف الحركة، لكن ما يعبر في كل اتجاه يصير متقاربًا. ورفع درجة الحرارة يزيد سرعة الجسيمات فيسرع الانتشار. وهكذا تصلك رائحة الغاز المسيل للدموع من مكان بعيد. والمحاكاة تعرض غازين في صندوق مغلق، أما في الكائن الحي فيحدث الانتشار عبر الغشاء الخلوي، كانتقال غازات التنفس.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
أزلت الحاجز وفي الجهة اليسرى ٥٠ جسيمًا وفي اليمنى لا شيء. ماذا تجد بعد مدة طويلة؟
- تبقى الجسيمات كلها في الجهة اليسرى
- تنتقل الجسيمات كلها إلى الجهة اليمنى
- تتوزّع الجسيمات بين الجهتين بالتساوي تقريبًا
- تتجمّع الجسيمات عند منتصف الصندوق
اعرض الإجابة
ج) تتوزّع الجسيمات بين الجهتين بالتساوي تقريبًا
الجسيمات تتحرك عشوائيًا في كل الاتجاهات، فتنتقل من الجهة المزدحمة إلى الفارغة حتى يتساوى التركيز تقريبًا. ومن ظنّ أنها تنتقل كلها إلى اليمنى تخيّل أن الغاز «يهرب» في اتجاه واحد، والحقيقة أن الانتشار ينتهي بالتساوي لا بالانتقال الكامل.
بعد أن تساوى عدد الجسيمات تقريبًا في الجهتين، ماذا يحدث لها؟
- تتوقف عن الحركة لأن الانتشار انتهى
- تستمر في الحركة، ويعبر منها في كل اتجاه عدد متقارب
- تعود كلها إلى الجهة التي بدأت منها
- تتحرك كلها في اتجاه واحد
اعرض الإجابة
ب) تستمر في الحركة، ويعبر منها في كل اتجاه عدد متقارب
حركة الجسيمات لا تتوقف أبدًا، وما يتوقف هو الانتقال في المحصّلة لأن ما يعبر في الاتجاهين يصير متساويًا. والخطأ الشائع أن نظن أن الجسيمات «تستقر» حين يتساوى التركيز، والمحاكاة تُظهر أنها تبقى متحركة.
كرّرت التجربة بعد رفع «درجة الحرارة الابتدائية». ماذا تلاحظ؟
- يتساوى التركيز في زمن أقصر لأن الجسيمات أسرع
- يتساوى التركيز في زمن أطول لأن الجسيمات تتمدد
- لا يتغيّر زمن الانتشار لأن عدد الجسيمات نفسه
- لا يحدث انتشار عند درجات الحرارة العالية
اعرض الإجابة
أ) يتساوى التركيز في زمن أقصر لأن الجسيمات أسرع
رفع درجة الحرارة يزيد سرعة الجسيمات، فتعبر إلى الجهة الأخرى أسرع ويتساوى التركيز في زمن أقصر. ومن اختار أن العدد وحده يحدّد الزمن نسي أن سرعة الجسيمات عامل آخر يؤثر في سرعة الانتشار.
تُشتمّ رائحة الغاز المسيل للدموع في أماكن بعيدة عن موقع إطلاقه. فسّر ذلك بما شاهدته في المحاكاة.
اعرض الإجابة
جسيمات الغاز تتحرك حركة عشوائية دائمة، وتركيزها عند موقع الإطلاق كبير وفي الهواء البعيد قليل. فتنتقل بالانتشار من الوسط الأكثر تركيزًا إلى الأقل تركيزًا وتختلط بالهواء، حتى تصل إلى أنوف الناس في أماكن بعيدة.
لماذا يتلوّن الماء الساخن بلون الشاي أسرع من الماء البارد؟
اعرض الإجابة
لأن جسيمات الماء الساخن والشاي تتحرك أسرع، كما رأيت عند رفع درجة الحرارة في المحاكاة. فتنتشر جسيمات الشاي من الكيس حيث تركيزها كبير إلى الماء حيث تركيزها قليل في زمن أقصر.