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相關課程
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- 在這段影片中 我想介紹一些相互聯係的內容
- 在某種程度上 它們非常簡單
- 但它們也容易讓人們混淆
- 慶幸地是我們可以做出一些進展了 這是一個良好的開頭
- 想象一下我這兒有一個容器
- 就把這個當成我的容器吧 在這個容器裏面
- 有一些水分子
- 只是一堆水分子
- 它們相互之間有摩擦
- 它處於液態形式
- 並且在水分子中有一些糖分子
- 我把糖分子畫成粉紅色的
- 好的 這樣我就有了一些糖分子了
- 當然 我有多得多的水分子 我來講的更清楚一些
- 那麽在這種情形下 我們把這種更多的分子稱爲溶劑
- 在這裡 也就是有更多的水分子
- 正如你能看到的一樣
- 我不會在這裡談論莫耳或者其他相關的東西
- 因爲你們也許並沒有學過這些內容
- 你們只要想象哪個更多
- 那就是溶劑
- 在這裡 水就是溶劑
- 並且少的那種
- 也就是糖 我們把它稱作溶質
- 當然 溶質不一定就非得是糖
- 它可以是任何分子 只要比水分子少
- 並且我們說糖溶解在水裏面
- 而這整個 也就是水和糖的組合
- 我們稱之爲溶液
- 我們稱這個整體爲溶液
- 溶液由溶劑和溶質組成 在這裡溶劑是水
- 它的作用是溶解 在這裡被溶解的物質是糖
- 它稱爲溶質
- 這對你們有些人來說也許只是一種複習
- 但是我介紹這些是有理由的
- 因爲我想談論擴散的知識
- 這個知識其實是很容易理解的
- 如果我還有一個相同的容器
- 我稍微畫得有一點不一樣
- 只是來談一下擴散 我們待會還要回到水和糖的主題
- 尤其是水的主題
- 假設這個容器
- 有一些空氣的粒子在裏面
- 它可以是任何物質--比如氧氣或二氧化碳
- 我在這裡畫一些空氣分子
- 它們是氣態的
- 比如說是氣態氧
- 所以它們都是O2 對吧？
- 這是當前的狀況
- 我們稱這整個是個真空裝置 並且還有一定的溫度
- 所以這些水分子還具有動能
- 他們以隨機的方向進行運動
- 我的問題是 這個容器裏將會發生什麽
- 這些小屁孩（指分子）會隨機的
- 相互沖撞
- 比起它們沿著右上方向沖撞
- 似乎它們有更大的機率沿著左下方向沖撞
- 但是如果假設這些分子正沿著左下方向運動
- 它會撞到某種物質
- 然後反彈向右上方向運動
- 但在右上方向 卻沒有能夠使它反彈的物質
- 所以整體上來說 它們的運動方向都是隨機的
- 但是它們往右運動的可能性是更大的
- 因爲當分子向左運動時 撞到某種物質的可能性會比較大
- 這是常識
- 如果你讓這個係統達到某種平衡
- 我不打算詳細解釋這是什麽意思
- 你如果看熱力學的影片 就會明白了
- 最終你會看到這個容器看起來像這樣
- 當然我並不能保證
- 有可能它會變成這樣
- 但是更可能的是這五個顆粒
- 變得相對地分散開
- 這就是擴散 所以實際上就是粒子向外分布
- 或者說分子從濃度高的的地方向濃度低的地方運動
- 在這種情況下 這些分子會以這種方向分散
- 從高濃度的地方向低濃度的地方運動
- 你們會問 濃度又是什麽呢？
- 測量濃度的方法有很多
- 你可以用體積莫耳濃度等方法來計算
- 但是簡單的方法是
- 觀察每單元的空間中有多少粒子
- 所以這裡每單元的空間有很多粒子
- 而這裡 基本沒有粒子
- 所以這裡是高濃度區域而這裡是低濃度區域
- 因此你也可以想象出其他類似的方法
- 你可以想象一個溶液--我們畫一個像這樣的物體
- 我們有兩個容器
- 我們再回到溶液的狀態下
- 這是氣體 我剛剛就是用這個例子開始講課的
- 現在我們繼續用這個例子
- 在這裡有一個門
- 比水分子和糖分子都要大
- 在門兩邊 我們都有一些水分子
- 這裡有許多水分子
- 如果這裡只有水分子-
- 它們全都隨機地運動
- 水分子向這個方向運動的機率
- 與水分子向這個方向運動的機率是一樣的
- 假設兩邊的水分子數目是相當的
- 不然兩邊的壓力會不同
- 假設兩邊水的高度是一樣的
- 這樣就沒有其他方向的壓力
- 因此如果因爲某個因素
- 一些水分子要向右邊運動
- 那麽很快這裡就會有更多的水
- 我們知道這是不可能發生的
- 因爲這兩個容器裏只有水
- 現在我們放一些溶質進去
- 溶解一些溶質
- 我們先假設在左半部分進行溶解過程
- 因此我們在左邊放一些糖分子
- 當然這些粒子足夠小 以便它們可以經過這個小的管道
- 這是我做的一個假設 那麽下面將會發生什麽呢？
- 它們都有動能
- 它們到處碰撞
- 某一段時間裏 這些水分子將會來回不停地運動
- 這個水分子向這個方向運動
- 那個水分子向那個方向運動 但是互相抵消
- 但一段時間內 這些大的糖分子中
- 有一個會以向右的方向運動
- 這個分子沒有以這樣的方向運動
- 而是向右運動
- 它通過連接這兩個容器的通道
- 然後它停在這個地方
- 接著它將繼續不停地在周圍碰撞
- 也有可能它會回去
- 但即使這樣 還會有更多的糖分子到這裡來
- 因此糖分子以這個方向運動的可能性
- 要遠遠大於以這個方向運動的可能性
- 因此你可以想象如果你用非常大的數目將會是怎樣的結果
- 我只用了四個來演示
- 過一段時間 這個粒子將會分散開
- 因此兩邊的濃度將會大致相等
- 因此過段時間這兒應該會有兩個糖分子
- 但是因爲你只用了三個、四個或者五個分子
- 也有可能最後的結果不是這樣的
- 但是如果你使用了大量的糖分子 並且它們都相當小
- 兩邊平均分布的可能性就相當相當大了 不管怎樣
- 這樣一個過程總是
- 分子從高濃度的容器
- 向低濃度的容器運動
- 這就是擴散
- 這樣我們也學會了一些
- 能表達擴散的詞
- 剛開始 這兒有著更高的濃度
- 即左邊有著更高的濃度
- 這是相對的 它比這邊的濃度更高
- 這邊的濃度相對比較低
- 它們有相應的專業名詞
- 這邊高濃度的溶液稱爲高滲溶液
- 我用黃色字體寫下來
- 高滲 顧名思義就是裏面包含很多物質
- 而這邊低濃度的稱爲低滲溶液
- 你可能聽你的親戚說過
- 如果他們沒有吃飽 他們會說自己血糖過低
- 這意味著他們感覺頭昏眼花
- 因爲他們的血液中沒有足夠的糖分
- 他們感覺自己快要暈過去 因此他們想飽餐一頓
- 如果你剛剛吃過一塊糖 也許你會血糖過高
- 或許血糖成分只是高一點
- 了解這些很好 但是我們還是談論高滲
- 高滲--你擁有很大量的溶質 濃度很高
- 還有低滲 就是溶質不多
- 因此你的濃度很低 這些是很好的專業名詞
- 因此 概括來說
- 擴散指（在沒有障礙物的情況下）
- 溶質從高濃度或高滲溶液
- 當然 這是在允許的情況下
- 向低濃度亦即低滲溶液流動
- 現在 我們來做一個有趣的實驗
- 我們已經討論了擴散
- 到現在爲止我們討論的都是關於溶質的擴散
- 但是 絕大部分情況下 不一定總是這樣
- 一般情況下
- 溶質總是數量少的那部分
- 而溶劑總是數量多的那部分
- 最常見的溶劑是水
- 但不一定就得是水 它也可以是某種酒精
- 也可以是水銀 甚至也可以是一堆分子
- 但在大部分生物或化學係統中
- 水是典型的溶劑
- 它是其它物質被溶解的地方
- 那麽 如果我們有一個通道
- 通道的大小不能使溶質通過
- 但是卻可以讓水分子自由通過 又會發生什麽呢？我們思考一下
- 爲了思考這個問題
- 我們來做一些有趣的事情
- 假設我們有一個容器
- 實際我並不想畫一個容器
- 我們只要假設我們有一個擁有水的外界環境
- 假設這就是外界環境
- 而你有某種薄膜片
- 水分子可以自由進出這個膜片 它是半滲透的
- 這樣說吧 水分子是可以自由穿過膜片的
- 但是溶質分子卻不能穿過它
- 假設這裡溶質是糖
- 在膜片的裏外都有水
- 這裡是一些小的水分子
- 這是膜片
- 我們也有一些糖分子
- 當然我只是隨便用了糖 它可以是任何物質
- 這些糖分子稍微有點大
- 當然也可以大很多
- 事實上 它們比水分子大多了
- 我們有很多醣分子 我只畫四個
- 記得事實上我們有大量的糖分子
- 我們有更多的水分子
- 我只是想說明我們有更多的水分子
- 並且這個薄膜是半滲透的
- 可滲透意味著它允許物質穿過
- 半滲透的意思是它並不是完全可滲透的
- 因此在這裡
- 我所說的半滲透是指能夠讓水穿過
- 因此水分子可以穿過 但是糖分子卻不能 因爲糖分子太大了
- 因此如果我們放大薄膜片
- 它可能看起來像這樣
- 我來放大這一塊薄膜
- 薄膜上的孔就像這樣
- 水分子也許就像這麽大
- 因此它們可以穿過這些孔
- 水分子可以自由穿過這些孔
- 而糖分子卻有這麽大
- 因此它們不能穿過這些孔
- 對於這個孔來說
- 它們太大了 所以不能自由通過
- 在這種情況下 你覺得會發生什麽呢？
- 首先 我們接下來使用專業名詞 記住 糖是溶質
- 水是溶劑 薄膜是半滲透的
- 薄膜兩邊的濃度又是怎樣呢？
- 薄膜裏面是高滲溶液
- 薄膜外面是低滲溶液
- 現在 如果這些孔足夠大
- 這些分子將到處碰撞
- 水分子隨機的運動 並且各個方向的機率都是一樣的
- 我馬上會討論這個問題
- 如果孔足夠大 所有的運動都是等可能的
- 如果這些孔都足夠地大
- 這些分子最終會碰撞到這邊
- 最終 兩邊的濃度將會大致相等
- 這是傳統的擴散
- 溶質由高濃度往低濃度運動
- 但這種情形下 這些糖分子不能穿過這些孔
- 只有水分子可以來回地穿過 如果這裡沒有這些糖分子
- 水分子向這個方向運動的機率
- 和向那個方向運動的機率將是一樣的
- 但是這裡這些糖分子在右邊
- 在這裡糖分子是在薄膜的裏面
- 這是薄膜的裏面部分
- 由於這些糖分子可能處在入口的位置上
- 因此水分子處於入口上位置的可能性將很少
- 因此水分子處於入口上位置的可能性將很少
- 因此水分子進去的可能性要大於出去的可能性
- 我想更詳細地解釋
- 如果這些糖分子不在這裡
- 顯然 水分子在不同方向上運動的機率將是一樣的
- 既然現在糖分子在這裡
- 它們可能在右邊這部分
- 它們會成爲障礙 我想思考這個問題的最好方法是
- 認爲它障礙了孔的入口
- 它們自己不能夠穿過這些孔
- 也許也不會障礙這些孔的入口
- 而是以隨機的方向運動
- 水分子向孔運動是隨機性的
- 而這裡有大量的水分子
- 因此它們被障礙穿出孔的可能性更大
- 但是薄膜外面的水分子
- 由於沒有什麽障礙它們進去
- 因此水將往裏面流
- 因此在這種半透膜情形下
- 水將向裏面流
- 水將向裏面流
- 這很有趣
- 溶劑從低濃度的地方
- 向高濃度的地方運動
- 但是如果你反過來思考
- 如果你把糖當成溶劑 那麽你可以說
- 水是從高濃度的地方流向低濃度的
- 我不想讓你感到太困惑
- 而這就是困惑人們的地方
- 你們只要思考接下來會發生什麽
- 不管在怎樣的狀態下
- 溶液總是傾向於平衡它們的濃度
- 讓兩邊的濃度盡可能相等
- 這不是什麽魔法 溶液是不大可能知道這些的
- 這取決於機率和分子之間相互的碰撞
- 只是在這種狀態下 水分子更有可能流進容器
- 因此它會從低濃度的一邊
- 因此它會從低濃度的一邊
- 流向擁有糖分子的高濃度的那邊
- 並且如果這個薄膜是可以伸展的
- 更多的水將持跟蹤電流進來並且薄膜會伸展變大
- 我不想詳細地討論這個問題
- 但是這裡水作爲溶劑
- 水作爲溶劑通過半透膜擴散
- 被稱爲滲透
- 你可能聽說過通過滲透學習的方法
- 如果你把一本書放在你的頭旁邊
- 也許它會滲透進你的大腦 這是同樣的道理
- 這就是這個單詞的來源
- 水通過薄膜滲透
- 試圖讓兩邊的溶液濃度相等
- 因此 如果說這邊是高濃度
- 這邊是低濃度 在沒有薄膜的情況下
- 這些大分子可以出去
- 但是因爲這兒有個半透膜 因此它們不能出去
- 因此係統依靠機率- 沒有任何魔法
- 更多的水將進去來平衡兩邊的濃度
- 如果這兒也有一些糖分子
- 沒有這邊的濃度高 如果所有的分子都隨機地運動
- 你將會到達這樣一個點上
- 這邊的濃度
- 和右邊的濃度將大致相等
- 因爲右邊將會充滿水
- 也有可能體積變得更大
- 然後 水分子向右運動的機率
- 將和水分子向左運動的機率相同
- 這樣又達到了一種平衡狀態
- 我想解釋得更詳細一些 擴散意味著任何粒子
- 都會從濃度高的地方
- 向濃度低的地方分散
- 滲透是水的擴散
- 通常你所談論的關於水的擴散
- 經常處於半透膜的情形下
- 這種情形下溶質不能穿過半透膜
- 希望講的東西對大家有用 並且不會令你們太困惑