प्रसार क्या है?

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एक निश्चित माध्यम में परमाणुओं और अणुओं का प्रसार, चाहे वह गैस, तरल या ठोस हो, एक भौतिक प्रक्रिया है जिसके माध्यम से माध्यम के भीतर इन कणों का विस्थापन उच्च सांद्रता वाले स्थान से दूसरे स्थान पर होता है जहां सान्द्रता कम होती है, जब तक कि सान्द्रता पूरे माध्यम में समान नहीं हो जाती। एक निश्चित माध्यम में सांद्रता के इन स्थानिक परिवर्तनों को सांद्रण प्रवणता कहा जाता है। प्रसार इन सांद्रण प्रवणताओं और माध्यम के तापमान के साथ जुड़ा हुआ है।

प्रसार कैसे उत्पन्न होता है?

प्रसार तापमान से जुड़े परमाणुओं और अणुओं के संचलन से उत्पन्न होता है। एक गैस में, तापमान कणों की गतिज ऊर्जा से जुड़ा होता है, वह ऊर्जा जिसके साथ गैस के परमाणु और अणु चलते हैं। एक ठोस में, जैसे कि एक क्रिस्टल, तापमान उस ऊर्जा से जुड़ा होता है जिसके साथ परमाणु और अणु उस क्रिस्टलीय संरचना में कंपन करते हैं।

किसी गैस में विसरण का आभास स्पष्ट देखा जा सकता है। उच्च गति पर गैसों के मिश्रण में परमाणुओं और अणुओं की सभी दिशाओं में यादृच्छिक गति, उनके मिश्रण को उत्पन्न करती है, जिससे उच्च सांद्रता वाले स्थान से कम सांद्रता वाले स्थान पर कणों का शुद्ध प्रवाह उत्पन्न होता है।

निम्नलिखित आंकड़ा एक योजना दिखाता है जो प्रसार की अवधारणा को समझने में मदद करता है। पहले बॉक्स में एक विभाजन द्वारा अलग की गई दो गैसें हैं: विभाजन को हटा दिया जाता है और आपके पास एक माध्यम होता है जिसमें एक गैस की एकाग्रता 0 होती है, जहां विभाजन स्थित था। कणों की यादृच्छिक गति (लाल रेखा ग्रे कणों में से एक की गति का प्रतिनिधित्व करती है) काले कणों के क्षेत्र की ओर ग्रे कणों का शुद्ध विस्थापन होने का कारण बनती है और इसके विपरीत। अंत में, फ्रेम 3 में दोनों कणों की सांद्रता पूरे माध्यम में समान है और कणों का शुद्ध विस्थापन अब नहीं देखा जाता है, इस तथ्य के बावजूद कि सभी कण बेतरतीब ढंग से चलते रहते हैं।

विसरण द्वारा दो गैसों के मिश्रण का आरेख।
विसरण द्वारा दो गैसों के मिश्रण का आरेख।

प्रसार दर, अर्थात्, जिस गति से माध्यम में एक स्थान से दूसरे स्थान पर कणों का शुद्ध स्थानांतरण देखा जाता है, तापमान जितना अधिक होगा, उतनी ही अधिक ऊर्जा जो इस भौतिक घटना को चलाती है। और यह अधिक से अधिक एकाग्रता अंतर को भी बढ़ाएगा। विसरण की गति भी कणों के द्रव्यमान पर निर्भर करती है और, द्रव के मामले में, इसकी चिपचिपाहट पर, कारक जो तापमान के साथ तथाकथित प्रसार गुणांक डी में व्यक्त किए जाते हैं । यह भौतिक घटना फ़िक के दो कानूनों द्वारा व्यक्त की गई है।

प्रसार एक भौतिक प्रक्रिया है जिसमें ऊर्जा के अतिरिक्त योगदान की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि यह तापीय ऊर्जा से जुड़ा होता है जो माध्यम में पहले से ही होता है, जिसे तापमान द्वारा व्यक्त किया जाता है। यह इस भौतिक तंत्र का एक मूलभूत पहलू है, क्योंकि प्रसार कई प्राकृतिक प्रक्रियाओं का हिस्सा है जैसे कोशिका झिल्ली के माध्यम से विलेय, तरल पदार्थ और गैसों का प्रसार।

असमस

ऑस्मोसिस, या ऑस्मोसिस, एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली के माध्यम से प्रसार है: एक विभाजन जिसमें माइक्रोमीटर के क्रम में बहुत छोटे छेद होते हैं, जो अणुओं के मार्ग को उनके आकार के अनुसार चुनने की अनुमति देते हैं। जैसा कि निम्नलिखित चित्र में दिखाया गया है: नीले अणु, जो पानी के होते हैं, झिल्ली के छिद्रों से गुजर सकते हैं, लेकिन हरे रंग के अणु, जो कि चीनी जैसे विलेय के होते हैं, नहीं कर सकते।

एक अर्धपारगम्य झिल्ली के माध्यम से प्रसार।
एक अर्धपारगम्य झिल्ली के माध्यम से प्रसार।

एक विलेय की उपस्थिति जो झिल्ली को पार नहीं कर सकती है, अर्थात, चीनी अणु (हरा), अणुओं की प्रवृत्ति उत्पन्न करता है जो इसे पार कर सकते हैं, अर्थात, पानी के अणु (नीला), झिल्ली की दिशा में जाने के लिए समाधान, गुलाबी तीर के बाद, झिल्ली के दोनों किनारों पर सांद्रता को बराबर करने का प्रयास करने के लिए। चित्र में बाएं क्युवेट में कोई विलेय नहीं है, लेकिन झिल्ली के दोनों किनारों पर अलग-अलग सांद्रता के साथ एक समाधान होने पर प्रक्रिया अभी भी मान्य है। इस मामले में हमारे पास क्युवेट में कम विलेय सांद्रता वाला हाइपोटोनिक विलयन होगा और उच्च विलेय सांद्रता वाले क्युवेट में हाइपरटोनिक विलयन होगा।

पानी के अणुओं की उच्च सांद्रता वाले बेसिन की ओर जाने की प्रवृत्ति उस दिशा में एक दबाव उत्पन्न करती है, जिसे आसमाटिक दबाव कहा जाता है। जब पानी के अणुओं का मार्ग दोनों cuvettes में एकाग्रता को बराबर करने का प्रबंधन करता है, तो आइसोटोनिक समाधान प्राप्त होते हैं; यहां तक ​​कि जब पानी के अणु झिल्ली से गुजरते रहते हैं, तब भी किसी भी दिशा में कोई स्पष्ट रुझान नहीं होता है।

यदि दोनों विलयनों को खुली नलियों में रखा जाता है, जैसा कि निम्नलिखित चित्र में दिखाया गया है, तो हम देखेंगे कि उच्चतम सान्द्रता वाले विलयन की शाखा दूसरे के सापेक्ष ऊपर उठेगी; यह झिल्ली में आसमाटिक दबाव के कारण होता है।

प्रसार क्या है
आसमाटिक दबाव और रिवर्स ऑस्मोसिस।

यदि पिछली आकृति में योजनाबद्ध रूप से वर्णित एक प्रणाली में, उच्चतम एकाग्रता वाला समाधान एक दबाव के अधीन होता है जो आसमाटिक दबाव के विरुद्ध कार्य करता है, आसमाटिक दबाव की दिशा में झिल्ली के माध्यम से पानी का शुद्ध प्रवाह प्राप्त किया जा सकता है कम संकेंद्रित शाखा। इसे ऑस्मोसिस की रिवर्स प्रक्रिया के रूप में माना जा सकता है, यही वजह है कि इसे रिवर्स ऑस्मोसिस कहा जाता है। इस प्रक्रिया का उपयोग जल शोधन तंत्र में किया जाता है।

प्राकृतिक प्रक्रियाओं में प्रसार के कुछ उदाहरण

जीवन के लिए मूलभूत प्रक्रियाओं में से एक श्वास है। श्वसन से जुड़ी प्रक्रियाओं में गैसों का विसरण, रक्त में ऑक्सीजन का विसरण और कार्बन डाइऑक्साइड का निष्कासन शामिल है, जो विसरण द्वारा भी होता है। फेफड़ों में, कार्बन डाइऑक्साइड रक्त से हवा में फैलती है जो तब साँस छोड़ती है, एक प्रक्रिया जो फेफड़े के एल्वियोली में होती है। कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने के बाद, लाल रक्त कोशिकाएं ऑक्सीजन लेती हैं जो हवा से रक्त में फैलती हैं।

कोशिकाओं में, रिवर्स एक्सचेंज होता है: सेलुलर प्रक्रियाओं से कार्बन डाइऑक्साइड और अपशिष्ट ऊतकों की कोशिकाओं से रक्त में फैलते हैं, जबकि रक्त से ऑक्सीजन, ग्लूकोज और अन्य पोषक तत्व ऊतकों में फैलते हैं। ये प्रसार प्रक्रियाएं रक्त परिसंचरण तंत्र की केशिकाओं में होती हैं।

पादप कोशिकाओं और ऊतकों में विभिन्न प्रक्रियाओं से जुड़े प्रसार तंत्र भी देखे जाते हैं। प्रकाश संश्लेषण जो पौधों की पत्तियों में होता है, गैसों के प्रसार से जुड़ा होता है: हवा से कार्बन डाइऑक्साइड और सौर ऊर्जा ग्लूकोज और ऑक्सीजन में परिवर्तित हो जाती है। कार्बन डाइऑक्साइड हवा से पत्तियों में स्टोमेटा कहे जाने वाले छोटे छिद्रों के माध्यम से फैलती है। और प्रकाश संश्लेषण में उत्पन्न होने वाली ऑक्सीजन पत्तियों से हवा में भी रंध्रों के माध्यम से फैलती है।

कोशिका झिल्लियों के माध्यम से ग्लूकोज जैसे बड़े अणुओं का प्रसार तथाकथित सुगम प्रसार के माध्यम से होता है। ये अणु वाहक प्रोटीन की मदद से झिल्लियों से गुजरते हैं, कोशिका झिल्लियों में एम्बेडेड प्रोटीन चैनल जो उद्घाटन का प्रतिनिधित्व करते हैं जो केवल अणुओं को एक निश्चित आकार और आकार से गुजरने की अनुमति देते हैं। सुगम प्रसार प्रक्रिया को भी अतिरिक्त ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए इसे प्रत्यक्ष प्रसार की तरह ही निष्क्रिय परिवहन भी माना जाता है।

आसमाटिक तंत्र गुर्दे के नलिकाओं में पानी के पुन: अवशोषण की प्रक्रिया में और ऊतक केशिकाओं में तरल पदार्थों के पुन: अवशोषण में पाया जा सकता है। पौधों की जड़ों में पानी का समावेश ऑस्मोसिस द्वारा निर्मित होता है, जो इसकी स्थिरता के लिए भी एक बहुत ही महत्वपूर्ण प्रक्रिया है। जब पौधे मुरझाते हैं तो यह उनके रिक्तिका में पानी की कमी के कारण होता है; रिक्तिकाएं पानी को रोककर और कोशिका झिल्लियों में आसमाटिक दबाव डालकर पौधों की संरचनाओं को कठोर बनाए रखती हैं।

सूत्रों का कहना है

बोक्शेटिन, बीएस मेंडेलीव, एमआई स्रोलोविट्ज़, डीजे संपादक। सामग्री विज्ञान में ऊष्मप्रवैगिकी और काइनेटिक्स: एक लघु पाठ्यक्रमसामग्री विज्ञान में ऊष्मप्रवैगिकी और गतिकी: एक लघु पाठ्यक्रम। ऑक्सफोर्ड यूनिवर्सिटी प्रेस, ऑक्सफोर्ड, 2005।

फिलिबर्ट, जे. डेढ सेंचुरी ऑफ डिफ्यूजन: फिक, आइंस्टीन, बिफोर एंड बियॉन्डडिफ्यूजन फंडामेंटल 2, 2005।

Sergio Ribeiro Guevara (Ph.D.)
Sergio Ribeiro Guevara (Ph.D.)
(Doctor en Ingeniería) - COLABORADOR. Divulgador científico. Ingeniero físico nuclear.

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