Клетка окружена мембраной и должна поддерживать обмен с внешней средой. Кислород должен поступать внутрь. Углекислый газ должен выходить наружу. Вода перемещается в обоих направлениях…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)
3.1
Diffusion · Диффузия
Syllabus · Программа
English
Core
Supplement
1 Describe diffusion as the net movement of particles from a region of their higher concentration to a region of their lower concentration (i.e. down a concentration gradient), as a result of their random movement
2 State that the energy for diffusion comes from the kinetic energy of random movement of molecules and ions
3 State that some substances move into and out of cells by diffusion through the cell membrane
4 Describe the importance of diffusion of gases and solutes in living organisms
5 Investigate the factors that influence diffusion, limited to: surface area, temperature, concentration gradient and distance
Русский
Базовый
Дополнительно
1 Опишите диффузию как чистое движение частиц из области с их более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией (т.е. вдоль градиента концентрации) в результате их случайного движения
2 Укажите, что энергия для диффузии来源于分子的随机运动的动能
3 Укажите, что некоторые вещества проникают в клетки и выходят из них посредством диффузии через клеточную мембрану
4 Опишите важность диффузии газов и растворенных веществ в живых организмах
5 Исследуйте факторы, влияющие на диффузию, ограничиваясь: площадью поверхности, температурой, градиентом концентрации и расстоянием
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Diffusion: random motion, one-way flow
Diffusion 扩散 is the net movement 净移动 of particles 粒子 from a region of their higher concentration 浓度 to a region of their lower concentration. We say the particles move down a concentration gradient 浓度梯度.
The particles spread out because of their own random movement 随机运动. The energy 能量 for diffusion comes from the kinetic energy 动能 of the random movement of molecules 分子 and ions 离子 — so diffusion needs no extra energy.
Some substances pass into and out of cells by diffusion through the cell membrane 细胞膜.
Why diffusion matters. Many gases 气体 and dissolved substances (solutes 溶质) move by diffusion in living things. For example, oxygen 氧气 diffuses into cells for respiration, and carbon dioxide 二氧化碳 diffuses out.
The rate of diffusion changes with four factors:
Factor
Diffusion is faster when…
surface area 表面积
the surface is larger
temperature 温度
it is hotter (particles move faster)
concentration gradient
the difference in concentration is bigger
distance
the distance to travel is shorter (a thinner barrier)
Русский
Диффузия: случайное движение, односторонний поток
Диффузия — это чистое движениечастиц из области с их более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Говорят, что частицы движутся вниз по градиенту концентрации.
Частицы рассеиваются благодаря своему собственному случайному движению. Энергия для диффузии поступает из кинетической энергии случайного движения молекул и ионов — поэтому диффузия не требует дополнительного расхода энергии.
Некоторые вещества проникают внутрь и выходят из клеток путем диффузии через клеточную мембрану.
Диффузия: частицы движутся от высокой к низкой концентрации, вдоль градиента
Почему важна диффузия. Многие газы и растворенные вещества (растворенные соли) перемещаются путем диффузии в живых организмах. Например, кислород диффундирует в клетки для дыхания, а углекислый газ диффундирует наружу.
Скорость диффузии зависит от четырех факторов:
Фактор
Диффузия происходит быстрее, когда…
площадь поверхности
поверхность больше
температура
теплее (частицы движутся быстрее)
градиент концентрации
разница в концентрации больше
расстояние
путь для прохождения короче (более тонкий барьер)
Explore · Исследовать
Diffusion and osmosis · Диффузия и осмос
Set the concentration on each side and watch particles spread from high to low until balanced. · Установите концентрацию с каждой стороны и наблюдайте, как частицы распространяются от высокой к низкой, пока не уравновесятся.
1 Describe the role of water as a solvent in organisms with reference to digestion, excretion and transport
7 Describe osmosis as the net movement of water molecules from a region of higher water potential (dilute solution) to a region of lower water potential (concentrated solution), through a partially permeable membrane
2 State that water diffuses through partially permeable membranes by osmosis
3 State that water moves into and out of cells by osmosis through the cell membrane
4 Investigate osmosis using materials such as dialysis tubing
5 Investigate and describe the effects on plant tissues of immersing them in solutions of different concentrations
8 Explain the effects on plant cells of immersing them in solutions of different concentrations by using the terms: turgid, turgor pressure, plasmolysis, flaccid
9 Explain the importance of water potential and osmosis in the uptake and loss of water by organisms
6 State that plants are supported by the pressure of water inside the cells pressing outwards on the cell wall
Русский
Базовый
Дополнительно
1 Опишите роль воды как растворителя в организмах применительно к пищеварению, выделению и транспорту
7 Опишите осмосис как чистое движение молекул воды из области с более высоким водным потенциалом (разбавленный раствор) в область с более низким водным потенциалом (концентрированный раствор) через полупроницаемую мембрану
2 Укажите, что вода диффундирует через полупроницаемые мембраны посредством осмоса
3 Укажите, что вода проникает в клетки и выходит из них посредством осмоса через клеточную мембрану
4 Исследуйте осмос с использованием таких материалов, как диализная пленка
5 Исследуйте и опишите влияние погружения растительных тканей в растворы различной концентрации
8 Объясните влияние на растительные клетки погружения их в растворы различной концентрации, используя термины: тургор, тургорное давление, плазмолиз, вялый
9 Объясните важность водного потенциала и осмоса для поглощения и потери воды организмами
6 Укажите, что растения поддерживаются давлением воды внутри клеток, действующим outward на клеточную стенку
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Osmosis: water crosses the membrane
Water as a solvent
Water is a very good solvent 溶剂 — many substances dissolve 溶解 in it to make a solution 溶液. This matters for digestion 消化 (food must dissolve before it can be used), excretion 排泄 (wastes are carried away dissolved in water) and transport 运输 (substances travel around the body dissolved in blood and sap).
What osmosis is
Osmosis 渗透 is a special kind of diffusion: the net movement of water across a partially permeable membrane 半透膜. This kind of membrane has tiny holes that let small water molecules through but hold back larger solute particles. Water moves into and out of cells by osmosis through the cell membrane.
A concentrated solution has a lot of dissolved solute and little water. A dilute solution has little solute and a lot of water.
(Supplement) Osmosis is the net movement of water molecules from a region of higher water potential 水势 (a dilute solution — more water) to a region of lower water potential (a concentrated solution — less water), through a partially permeable membrane.
Osmosis and plant cells
When you put plant tissue into different solutions, water moves by osmosis:
In pure water or a dilute solution, water moves into the cells. The cells swell and become firm, or turgid 膨胀. The water presses outward on the cell wall; this outward push is the turgor pressure 膨压. Turgid cells make a plant stand up straight — this is how plants are supported.
In a concentrated solution, water moves out of the cells. The cells lose their firmness and become soft, or flaccid 松软.
(Supplement) If even more water leaves, the cell membrane pulls away from the cell wall. This is plasmolysis 质壁分离.
You can investigate osmosis using dialysis tubing 透析管 (an artificial partially permeable membrane), or using cylinders cut from a potato. Measure their length or mass before and after soaking. Cylinders in pure water or a dilute solution gain length and mass; cylinders in a concentrated solution lose length and mass; in a solution of equal concentration there is no change.
Worked example. A potato cylinder has a mass of 5.0 g before soaking and 5.6 g after soaking in a dilute solution. Find the percentage change in mass.
A positive answer means the cylinder gained water, so the solution was more dilute than the cell contents. Always work out the percentage change, not just the change in grams — it lets you compare cylinders that started at different masses fairly.
Русский
Осмоз: вода пересекает мембрануЭритроциты: вода движется внутрь и наружу из клеток путем осмоса.
Вода как растворитель
Вода — отличный растворитель: многие вещества растворяются в ней, образуя раствор. Это важно для пищеварения (пища должна раствориться, прежде чем будет усвоена), выделения продуктов обмена (отходы выводятся, растворенные в воде) и транспортировки (вещества перемещаются по организму, растворенные в крови и соке растений).
Что такое осмос
Осмос — это особый вид диффузии: суммарное движение воды через полупроницаемую мембрану. Такая мембрана имеет мелкие поры, пропускающие маленькие молекулы воды, но задерживающие крупные частицы растворенного вещества. Вода проникает в клетки и выходит из них посредством осмоса через клеточную мембрану.
Концентрированный раствор содержит много растворенного вещества и мало воды. Разбавленный раствор содержит мало растворенного вещества и много воды.
Осмос: вода пересекает полупроницаемую мембрану; растворенное вещество — нет
(Дополнение) Осмос — это суммарное движение молекул воды из области с более высоким водным потенциалом (разбавленный раствор — больше воды) в область с более низким водным потенциалом (концентрированный раствор — меньше воды) через полупроницаемую мембрану.
Осмос и растительные клетки
Когда растительную ткань помещают в различные растворы, вода движется посредством осмоса:
В чистой воде или разбавленном растворе вода поступает внутрь клеток. Клетки набухают и становятся упругими, то есть тургорными. Вода давит наружу на клеточную стенку; это внешнее давление называется тургорным давлением. Тургорные клетки обеспечивают прямостоячее положение растения — таким образом поддерживается его структура.
В концентрированном растворе вода выходит из клеток. Клетки теряют упругость и становятся мягкими, то есть вялыми.
(Дополнение) Если выходит еще больше воды, плазматическая мембрана отслаивается от клеточной стенки. Это явление называется плазмолизом.
Вода, входящая или выходящая из растительной клетки, делает её тургорной, вялой или плазмолизированнойПлазмолизированные клетки красного лука: фиолетовое содержимое отделилось от клеточных стенок
Исследовать осмос можно с помощью диализной трубки (искусственной полупроницаемой мембраны) или цилиндров, вырезанных из картофеля. Измерьте их длину или массу до и после замачивания. Цилиндры в чистой воде или разбавленном растворе увеличиваются в длине и массе; цилиндры в концентрированном растворе уменьшаются; в растворе равной концентрации изменений не происходит.
Разобранное решение. Цилиндр картофеля имел массу 5.0 г до замачивания и 5.6 г после замачивания в разбавленном растворе. Найдите процентное изменение массы.
изменение массы = 5.6 - 5.0 = 0.6 г (прирост).
процентное изменение = изменение ÷ начальная масса × 100 = 0.6 ÷ 5.0 × 100 = +12%.
Положительный ответ означает, что цилиндр поглотил воду, следовательно, раствор был более разбавленным, чем содержимое клетки. Всегда вычисляйте процентное изменение, а не просто разницу в граммах — это позволяет справедливо сравнивать цилиндры, имевшие различную начальную массу.
Explore · Исследовать
Osmosis · Осмос
net movement down the gradient · суммарное движение вниз по градиенту
A difference in concentration drives net movement until both sides are equal. · Разница в концентрации вызывает суммарное движение до выравнивания концентраций.
1 Describe active transport as the movement of particles through a cell membrane from a region of lower concentration to a region of higher concentration (i.e. against a concentration gradient), using energy from respiration
2 Explain the importance of active transport as a process for movement of molecules or ions across membranes, including ion uptake by root hairs
3 State that protein carriers move molecules or ions across a membrane during active transport
Русский
Базовый
Дополнительно
1 Опишите активный транспорт как перемещение частиц через клеточную мембрану из области с низкой концентрацией в область с высокой концентрацией (т.е. против градиента концентрации) с использованием энергии, выделяющейся при дыхании
2 Объясните важность активного транспорта как процесса перемещения молекул или ионов через мембраны, включая поглощение ионов корневыми волосками
3 Укажите, что белковые переносчики перемещают молекулы или ионы через мембрану во время активного транспорта
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Active transport vs diffusion
Active transport 主动运输 is the movement of particles through a cell membrane from a region of lower concentration to a region of higher concentration — that is, against the concentration gradient. Because this is "uphill", it needs energy from respiration 呼吸作用.
(Supplement) Active transport lets a cell take in useful molecules or ions even when they are already more concentrated inside the cell. For example, root hairs 根毛 take up mineral ions from the soil by active transport. Protein carriers 载体蛋白 in the membrane pick up the molecules or ions and carry them across, using energy.
Русский
Активный транспорт против диффузии
Активный транспорт — это движение частиц через клеточную мембрану из области с низкой концентрацией в область с высокой концентрацией — то есть против градиента концентрации. Поскольку это движение «в горку», оно требует энергии из клеточного дыхания.
Активный транспорт использует энергию и белок-переносчик для движения частиц против градиента
(Дополнение) Активный транспорт позволяет клетке поглощать полезные молекулы или ионы даже тогда, когда их концентрация внутри клетки уже выше. Например, корневые волоски поглощают минеральные ионы из почвы посредством активного транспорта. Белковые переносчики в мембране захватывают молекулы или ионы и транспортируют их через мембрану, затрачивая энергию.
Explore · Исследовать
Active transport step by step · Активный транспорт шаг за шагом
Step the carrier protein through its cycle: it uses energy from ATP to move a particle against the gradient, from low to high. · Шаг белок-переносчик через его цикл: он использует энергию АТФ для перемещения частицы против градиента, от низкой к высокой концентрации.
Explore · Исследовать
Active transport — pumping uphill · Активный транспорт — «подъем в гору»
Unlike diffusion, active transport moves substances AGAINST the concentration gradient, so it needs energy. · В отличие от диффузии, активный транспорт перемещает вещества ПРОТИВ градиента концентрации, поэтому требует энергии.
Comparing the three processes · Сравнение трех процессов
English
Process
Direction
Energy from respiration?
What moves
diffusion
high → low concentration
no
particles, gases, solutes
osmosis
high → low water potential
no
water only
active transport
low → high concentration (against the gradient)
yes
molecules and ions
Русский
Процесс
Направление
Энергия из дыхания?
Что перемещается
диффузия
высокая → низкая концентрация
нет
частицы, газы, растворенные вещества
осмос
высокий → низкий водный потенциал
нет
только вода
активный транспорт
низкая → высокая концентрация (против градиента)
да
молекулы и ионы
3.3
Exam tips · Советы для экзамена
English
Always write net movement: particles move both ways, but the overall flow is down the gradient (for diffusion and osmosis).
Osmosis moves water only, and only through a partially permeable membrane. Diffusion can move many kinds of particle.
Only active transport uses energy from respiration, and only it goes against the gradient.
For the potato or plant experiment: water in → turgid, longer and heavier; water out → flaccid, shorter and lighter; equal concentration → no change.
A larger surface area, higher temperature, steeper concentration gradient and shorter distance all make diffusion faster.
Русский
Всегда указывайте суммарное движение: частицы движутся в обе стороны, но общий поток направлен вниз по градиенту (для диффузии и осмоса).
Осмос перемещает только воду и только через полупроницаемую мембрану. Диффузия может перемещать множество видов частиц.
Только активный транспорт использует энергию клеточного дыхания, и только он осуществляется против градиента.
Для опыта с картофелем или растениями: вода входит → тургорные, длиннее и тяжелее; вода выходит → вялые, короче и легче; равная концентрация → без изменений.
Большая площадь поверхности, более высокая температура, крутой градиент концентрации и короткое расстояние ускоряют диффузию.
Interactive lessons on this topic · Интерактивные уроки по этой теме
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Выберите один, и сайт будет вести вас — конспекты, работы, видео и практика откроются там.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Введите запрос для поиска заметок, уроков, кода, словаря и вопросов с реальных экзаменов по всем предметам.
