Диффузия газов через жидкости. Механизмы диффузии газов через жидкости

Теперь вернемся к проблеме диффузии. Из предыдущих обсуждений ясно: когда парциальное давление газа в одной зоне больше, чем в другой, будет наблюдаться диффузия молекул из зоны высокого давления в направлении зоны низкого давления. На рисунке легко увидеть, что молекулы, находящиеся в зоне высокого давления, из-за большего их числа имеют больше шансов случайного попадания в зону низкого давления, чем молекулы, стремящиеся в противоположную сторону.

Видео: Вопрос №4 § 10. Диффузия в газах, жидкостях и твёрдых телах - Физика 7 класс (Перышкин)

Однако некоторые молекулы все же случайно попадают из зоны низкого давления в зону высокого давления, поэтому общая диффузия газа из зоны высокого давления в зону низкого давления равняется разнице между числом молекул, двигающихся в одном направлении, и числом молекул, двигающихся в противоположную сторону. Это число пропорционально разнице парциальных давлений газа в этих двух зонах — диффузионному градиенту давления.

Определение скорости диффузии в жидкостях. Кроме градиента давления на скорость диффузии газа в жидкости оказывают влияние и некоторые другие факторы. Такими факторами являются: (1) растворимость газа в жидкости- (2) площадь поперечного сечения массы жидкости- (3) величина диффузионной дистанции- (4) молекулярная масса газа- (5) температура жидкости.

В живом организме последний из перечисленных факторов (температура), остается относительно постоянной величиной, поэтому его обычно не учитывают.

Чем больше растворимость газа, тем больше количество молекул, способных к диффузии при данной величине парциального давления. Чем больше поперечное сечение диффузионного пути, тем больше число диффундирующих молекул. И наоборот, чем длиннее путь диффузии молекул, тем больше времени потребуется молекулам для прохождения всей дистанции. И наконец, скорость диффузии газа тем больше, чем больше скорость кинетического движения молекул, которая обратно пропорциональна квадратному корню молекулярной массы.

Видео: Вопрос №3 § 10. Диффузия в газах, жидкостях и твёрдых телах - Физика 7 класс (Перышкин)

Все эти факторы можно объединить в одну формулу: D= PxAxS / dxMW, где D — скорость диффузии, Р — градиент парциального давления между концами диффузионного пути, А — площадь поперечного сечения диффузионного пути, S — растворимость газа, d — диффузионная дистанция, MW — молекулярная масса газа.

Из формулы видно, что два фактора в ней определяются самим газом: растворимость и молекулярная масса. Вместе эти факторы определяют величину диффузионного коэффициента газа, который пропорционален S/MW.

Это значит, что относительная скорость, с которой будут диффундировать разные газы при одной и той же величине парциального давления, пропорциональна диффузионному коэффициенту каждого из них. Принимая диффузионный коэффициент кислорода за единицу, относительные диффузионные коэффициенты важных для процесса дыхания газов в жидкостях тела имеют следующие значения.

Все участвующие в процессе дыхания газы легко растворимы в липидах и, соответственно, в клеточных мембранах. Из-за этого движение газов в тканях лимитируется главным образом скоростью, с которой газы могут диффундировать через содержащуюся в тканях воду, а не скоростью прохождения клеточных мембран, поэтому диффузия газов через ткани, включая дыхательную мембрану, практически не отличается от диффузии газов в воде.

Источник: http://meduniver.com