प्रसार उदाहरण

प्रसार एक पदार्थ परिवहन प्रक्रिया है जिसमें एक क्षेत्र से कणों का शुद्ध संचलन होता है जहां वे उच्च सांद्रता में होते हैं जहां वे कम सांद्रता में होते हैं । सीधे शब्दों में कहें, प्रसार एकाग्रता के अंतर से संचालित पदार्थों का संचलन है।

प्रसार सैकड़ों वर्षों से जाना जाता है। हम इसे हवा में महसूस करते हैं जब हम एक बेकरी से ताज़ी पकी हुई रोटी को सूंघते हैं, जब हम रसोई से आने वाली कॉफी की सुगंध का अनुभव करते हैं, भले ही हम कई मीटर दूर दूसरे कमरे में हों, या जब हम हर बार पास से गुज़रते हैं तो अगरबत्ती की गंध आती है एक मंदिर।

अनुभव हमें बताता है कि यह एक निष्क्रिय और सहज प्रक्रिया है। पहला, क्योंकि इसमें ऊर्जा के किसी इनपुट की आवश्यकता नहीं होती है, और दूसरा, क्योंकि ऐसा होता है, चाहे हम चाहें या न चाहें, जब भी अंतरिक्ष में दो स्थानों के बीच सांद्रता में अंतर होता है।

प्रसार को प्रभावित करने वाले कारक

प्रसार प्रक्रिया उन माध्यमों से संबंधित कई चरों पर निर्भर करती है जिनमें कण फैल रहे हैं और स्वयं कणों की विशेषताएं हैं।

एकाग्रता

हमने पहले ही उल्लेख किया है कि विसरण होने का निर्धारण कारक यह है कि एक सघनता प्रवणता होती है, अर्थात, कणों के एक से दूसरे में विसरित होने के लिए अंतरिक्ष में दो बिंदुओं पर कणों की सांद्रता में अंतर होना चाहिए।

सघनता प्रवणता को अंतरिक्ष में (या माध्यम में) दो बिंदुओं पर किसी पदार्थ की सांद्रता में अंतर और दो बिंदुओं के बीच की दूरी के बीच के भागफल के रूप में व्यक्त किया जाता है। गणितीय रूप से इसे इस प्रकार लिखा जाता है

जो मायने रखता है वह एकाग्रता ही नहीं है, बल्कि यह है कि सांद्रता में अंतर होता है। यदि अंतरिक्ष में दो बिंदुओं की सघनता बहुत अधिक है लेकिन वे दोनों समान हैं, तो दोनों बिंदुओं के बीच कोई विसरण नहीं होगा।

तापमान

पदार्थ बनाने वाले कणों की सभी दिशाओं में यादृच्छिक गति के कारण प्रसार होता है। 19वीं शताब्दी के वनस्पति विज्ञानी रॉबर्ट ब्राउन के सम्मान में ब्राउनियन आंदोलन नामक यह आंदोलन, उन कणों के बीच टकराव से आता है जो पदार्थ बनाते हैं जो लगातार थर्मल आंदोलन के अधीन होते हैं।

चूँकि तापमान के साथ ऊष्मीय विक्षोभ बढ़ता है, इसलिए उच्च तापमान पर प्रसार प्रक्रियाएँ तेज़ हो जाती हैं।

वह माध्यम जिससे यह प्रसारित होता है

हालांकि ऐसा प्रतीत नहीं हो सकता है, गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों सहित किसी भी प्रकार के पदार्थ में प्रसार हो सकता है। हालाँकि, प्रक्रिया प्रत्येक माध्यम में समान नहीं है।

उदाहरण के लिए, कॉफी की सुगंध हवा के माध्यम से बहुत अच्छी तरह फैलती है, लेकिन धातु के माध्यम से नहीं। इसका प्रमाण यह तथ्य है कि कॉफी से भरा एक सीलबंद थर्मस तब तक कॉफी की सुगंध का उत्सर्जन नहीं करता है जब तक कि वह खुला न हो। हालांकि, पर्याप्त समय दिए जाने पर, सुगंधित कॉफी के कण अंततः धातु के माध्यम से फैल जाएंगे, क्योंकि कोई भी सामग्री पूरी तरह से अभेद्य नहीं है।

कणों का द्रव्यमान

कणों के द्रव्यमान का उस गति पर सीधा प्रभाव पड़ता है जिसके साथ वे फैल सकते हैं। किसी दिए गए तापमान पर भारी कण हल्के कणों की तुलना में अधिक धीमी गति से चलते हैं। इस कारण से, एक कण जितना भारी होगा, उतना ही धीमा होगा।

कणों का आकार और आकार

द्रव्यमान पर निर्भर होने के अलावा, एक कण का आकार विभिन्न माध्यमों में फैलने की क्षमता को बहुत प्रभावित करता है। एक कण जितना छोटा और अधिक गोलाकार होता है, उसकी विभिन्न माध्यमों में फैलने की क्षमता उतनी ही बेहतर होती है।

प्रसार समीकरण

प्रसार प्रक्रिया मुख्य रूप से ग्राहम के नियम और फ़िक के नियमों की विशेषता है।

ग्राहम का नियम

ग्राहम का नियम कहता है कि जब दो गैसें एक दूसरे में फैलती हैं, तो प्रसार की दर उनके घनत्व के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होती है। अब हम जानते हैं कि गैस का घनत्व उसके दाढ़ द्रव्यमान के समानुपाती होता है, जो हमें गैस के मोलर द्रव्यमान के संदर्भ में ग्राहम के नियम को बताने की अनुमति देता है। गणितीय रूप में, ग्राहम के कानून में कहा गया है कि, दो गैसों, ए और बी के लिए, उनके प्रसार दर के बीच संबंध निम्न द्वारा दिया जाता है:

जहाँ v _A और v _B प्रत्येक गैस की औसत प्रसार दर का प्रतिनिधित्व करते हैं और M _A और M _B उनके संबंधित दाढ़ द्रव्यमान हैं।

फिक के नियम

फ़िक के नियम गणितीय अभिव्यक्तियाँ हैं जो प्रसार प्रक्रियाओं को नियंत्रित करती हैं। इसका समाधान एक माध्यम से पदार्थ के प्रसार की दर को मापना संभव बनाता है, और यह भी निर्धारित करता है कि समय के कार्य के रूप में कणों की एकाग्रता किसी दिए गए बिंदु पर कैसे भिन्न होती है।

फिक का पहला कानून

फ़िक के प्रथम नियम का सरलतम रूप निम्न द्वारा दिया गया है:

जहाँ J उन कणों की संख्या का प्रतिनिधित्व करता है जो एक दिए गए बिंदु पर प्रति इकाई क्षेत्र और प्रति इकाई समय से गुजरते हैं, D आनुपातिकता का एक स्थिरांक है जिसे प्रसार गुणांक कहा जाता है, φ एकाग्रता और x स्थिति का प्रतिनिधित्व करता है।

भागफल dφ/dx एक ही आयाम में सांद्रता प्रवणता का प्रतिनिधित्व करता है (जिसके बारे में हमने लेख की शुरुआत में परिभाषित किया था), इसलिए फ़िक का पहला नियम वास्तव में व्यक्त करता है कि प्रसार सीधे सांद्रण प्रवणता के समानुपाती होता है। इसके अलावा, यह यह भी इंगित करता है कि शिफ्ट उच्च से निम्न सांद्रता (इसलिए समीकरण में ऋण चिह्न) है और आनुपातिकता का स्थिरांक प्रसार गुणांक है।

फिक का दूसरा कानून

फिक का दूसरा कानून दिया गया है:

बायां सदस्य अंतरिक्ष में दिए गए बिंदु पर समय के साथ एकाग्रता के परिवर्तन की दर का प्रतिनिधित्व करता है, इसलिए यह कानून हमें यह निर्धारित करने की अनुमति देता है कि प्रसार के कारण किसी पदार्थ की एकाग्रता समय के साथ कैसे बदलती है। हम देख सकते हैं कि, यदि कोई प्रसार प्रवणता नहीं है, तो समीकरण का दाहिना हाथ शून्य (0) है, इसलिए एकाग्रता के परिवर्तन की दर भी शून्य होगी और इसलिए, एकाग्रता समय के साथ नहीं बदलती ( यह स्थिर रहता है)।

प्रसार उदाहरण

कोशिका झिल्ली के माध्यम से प्रसार

प्रक्रिया जिसके द्वारा वसा में घुलनशील पदार्थ जैसे कार्बन डाइऑक्साइड कोशिका झिल्ली को पार करता है, फिक के नियमों द्वारा शासित एक सरल प्रसार प्रक्रिया है। इस मामले में, प्रसार इस बात पर निर्भर करता है कि विलेय कितना घुलनशील है, कोशिका के अंदर और बाहर विलेय की सांद्रता, झिल्ली की मोटाई और अन्य चर।

बंद कमरे में इत्र का विसरण

हम सभी ने कभी न कभी किसी ऐसे व्यक्ति को देखा है जो कमरे के एक तरफ परफ्यूम लगा देता है और थोड़ी देर बाद परफ्यूम की महक हमारे नथुनों तक पहुंच जाती है। यह हवा के माध्यम से सुगंधित कणों के प्रसार के कारण होता है।

शर्ट के कपड़े पर स्याही का फैलाव

एक ठोस पदार्थ के माध्यम से विसरण का एक दुर्भाग्यपूर्ण उदाहरण वह है जो तब होता है जब स्याही की एक बूंद कपड़े पर गिरती है। थोड़ी देर के बाद, बूंद विसरण के माध्यम से सामग्री में फैल जाती है।

एक गिलास पानी में डाई की एक बूंद

यह एक तरल माध्यम में प्रसार प्रक्रिया का उत्कृष्ट उदाहरण है क्योंकि इसे देखना बहुत आसान है। यदि भोजन के रंग की एक छोटी बूंद को पानी से भरे गिलास में सावधानी से रखा जाता है, तो हम सबसे पहले यह देख सकते हैं कि कैसे बूंद नीचे गिरती है, जिससे छोटे रंगीन अरबी बनते हैं। यह प्रसार नहीं बल्कि यांत्रिक मिश्रण है।

हालाँकि, एक निश्चित समय के बाद तरल की सभी धाराओं के छिन्न-भिन्न हो जाने के बाद भी बूंद स्थिर रहेगी। उस क्षण से, आप एक प्रकार के विसरित प्रभामंडल की उपस्थिति देख सकते हैं जहां रंग सबसे अधिक तीव्र होता है, और जैसे-जैसे समय बीतता है, वह प्रभामंडल बड़ा और बड़ा होता जाता है, लेकिन यह हमेशा फीका पड़ता है। यह शुरुआत के करीब और पूरी तरह से गहरा दिखता है अंत में पारदर्शी। यह प्रसार प्रक्रिया का प्रतीक है। यह एक धीमी प्रक्रिया है और यह हमेशा वहां से जाती है जहां पदार्थ अधिक केंद्रित होते हैं जहां वे कम केंद्रित होते हैं।

लंबे समय के बाद, कांच को हिलाए बिना, हम देखेंगे कि रंग अधिक समान हो गया है। ऐसा इसलिए है क्योंकि विसरण ने धीरे-धीरे विलयन को समरूप बना दिया है।

संदर्भ

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