Τι είναι το Κίνημα Μπράουν

Το κίνημα Brown πήρε το όνομά του από τον Robert Brown, έναν Σκωτσέζο βοτανολόγο που ήταν ο πρώτος που μελέτησε αυτές τις δονήσεις (1827). Ο Μπράουν κοίταζε τη γονιμοποίηση κόκκων γύρης ενός πρόσφατα ανακαλυφθέντος είδους ανθισμένων φυτών όταν εντόπισε μια γρήγορη ρυθμική κίνηση μικροσωματιδίων μέσα στους κόκκους γύρης που κρατούνταν σε υγρό κάτω από το μικροσκόπιο. Αν και ο Μπράουν δεν ήταν ο πρώτος που παρατήρησε το περιστατικό, ήταν ο πρώτος που το ερεύνησε διεξοδικά. Η κίνηση Brown στη χημεία είναι η απρόβλεπτη ή ανεξέλεγκτη κίνηση των σωματιδίων μέσα σε υγρά ή αέρια ως αποτέλεσμα συχνών αλληλεπιδράσεων με άλλα γρήγορα μικροσκοπικά σωματίδια. Αυτό καθορίζεται από το μέγεθος των σωματιδίων καθώς και από το ιξώδες του κολλοειδούς.

Σημασία κίνησης Brown

1:Το μέγεθος των σωματιδίων είναι αντιστρόφως ανάλογο με την ταχύτητα κίνησης Brown. τα μικρά σωματίδια κινούνται πιο γρήγορα καθώς η γωνιακή κίνηση είναι αντιστρόφως ανάλογη της μάζας των σωματιδίων.

2:Όσο λιγότερο παχύρρευστο ένα υγρό, τόσο πιο γρήγορη είναι η κίνηση Brown. Το ιξώδες είναι ένα μέτρο του μεγέθους της εσωτερικής τριβής ενός υγρού. Είναι ένα μέτρο της αντίστασης ενός ρευστού στη ροή.

Επιδράσεις της κίνησης Brown

1:Λόγω της κίνησης Brown, τα υγρά σωματίδια βρίσκονται σε συνεχή κίνηση. Τα σωματίδια δεν μπορούν να καθιζάνουν, με αποτέλεσμα τη σταθεροποίηση των κολλοειδών διαλυμάτων.

2:Αυτή η κίνηση μπορεί να διαφοροποιήσει τις αληθινές λύσεις από τις κολλοειδείς λύσεις.

Διαφορά μεταξύ κίνησης Brown και διάχυσης

• Η κίνηση Brown είναι η τυχαία και ακανόνιστη κίνηση των μορίων. Όπως αναφέρεται στην κινητική μοριακή θεωρία, η κατεύθυνση της κίνησης των μορίων είναι τυχαία. Η ταχύτητα διέπεται από τη θερμοκρασία, η οποία είναι ένα μέτρο της κινητικής ενέργειας του συστήματος.

• Η διάχυση είναι ένα φαινόμενο που παρατηρείται στατιστικά λόγω της κίνησης Brown. Η τυχαία κίνηση των μορίων διασφαλίζει ότι ένα μόριο θα μετακινηθεί από το σημείο εκκίνησης του για να φτάσει σε ένα σημείο μακριά σταδιακά αλλά με κίνηση ζιγκ-ζαγκ.

Τα στατιστικά στοιχεία εμφανίζονται όταν κοιτάζετε μόρια σε μεγάλους αριθμούς:

• Φανταστείτε μια σταγόνα βαφής σε νερό. Αρχικά εντοπίζεται σε μια μικρή περιοχή και μετά διαχέεται προς τα έξω, ακόμη και αν υποτεθεί ότι η ενέργεια που εισέρχεται στο σύστημα από την έγχυση βαφής δεν είναι μεγάλη.
• Κάθε μόριο βαφής κινείται σε τυχαία κατεύθυνση και, καθώς υπάρχουν περισσότερα μικροσωματίδια (πιθανώς εκεί που μπορεί να βρίσκεται το μόριο της βαφής) από ένα τοπικό σημείο της βαφής, θα διαχέεται. Αυτή είναι η ιδέα της εντροπίας.

Η θεωρία του Αϊνστάιν για την κίνηση Brown

Δεδομένου ότι οι υψηλότερες θερμοκρασίες οδηγούν επίσης σε ταχύτερη κίνηση Brown, το 1877, προτάθηκε ότι η αιτία της έγκειται στη «θερμική μοριακή κίνηση σε ένα υγρό μέσο». Η ιδέα ότι τα μόρια ενός υγρού ή αερίου βρίσκονται σε συνεχή κίνηση, συγκρούονται μεταξύ τους και αναπηδούν εμπρός και πίσω, ήταν ένα σημαντικό μέρος της κινητικής θεωρίας των αερίων που αναπτύχθηκε στο τρίτο τέταρτο του 19ου αιώνα.

• Οι φυσικοί James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann και Rudolf Clausius εξήγησαν το φαινόμενο της θερμότητας. Θεωρητικά, η θερμοκρασία μιας ουσίας είναι ανάλογη με τη μέση κινητική ενέργεια με την οποία κινούνται ή δονούνται τα μόριά της.
• Υπάρχει, φυσικά, εικασία ότι αυτή η κίνηση θα μπορούσε με κάποιο τρόπο να μεταδοθεί σε μεγαλύτερα σωματίδια που μπορούν να παρατηρηθούν με μικροσκόπιο. Αν αληθεύει, θα ήταν το πρώτο άμεσα παρατηρούμενο φαινόμενο που υποστηρίζει την κινητική θεωρία.

Το 1905, αυτός ο συλλογισμός οδήγησε τον Γερμανό φυσικό Άλμπερτ Αϊνστάιν να διατυπώσει την ποσοτική θεωρία του για την κίνηση του Μπράουν. Παρόμοιες μελέτες της κίνησης του Brown διεξήχθησαν ανεξάρτητα και σχεδόν ταυτόχρονα από τον Πολωνό φυσικό Marian Smoluchowski, ο οποίος χρησιμοποίησε μεθόδους ελαφρώς διαφορετικές από αυτές του Αϊνστάιν.

Συμπέρασμα

Η εργασία του Άλμπερτ Αϊνστάιν για την κίνηση Brown ήταν σημαντική απόδειξη της ύπαρξης ατόμων και μορίων. Η κινητική θεωρία των αερίων που εξηγεί την πίεση, τη θερμοκρασία και τον όγκο των αερίων βασίζεται στο μοντέλο Brown για την κίνηση των σωματιδίων. Το φαινόμενο έχει προσδιοριστεί ότι προκύπτει από τη θερμική μοριακή κίνηση στα σωματίδια του περιβάλλοντος. Σε ένα υγρό πεδίο, ένα αιωρούμενο σωματίδιο βομβαρδίζεται από μόρια υγρού από όλες τις πλευρές. Εάν το σωματίδιο είναι πολύ μικρό, οι συγκρούσεις που δέχεται στη μία πλευρά θα είναι ισχυρότερες από αυτές στην άλλη πλευρά, προκαλώντας το να πηδήξει. Αυτά τα μικρά τυχαία άλματα είναι γνωστά ως κίνηση Brown.