0:00:00.040,0:00:03.580
在这段视频中 我想介绍一些相互联系的内容

0:00:03.580,0:00:06.420
在某种程度上 它们非常简单

0:00:06.420,0:00:07.950
但它们也容易让人们混淆

0:00:07.950,0:00:11.150
庆幸地是我们可以做出一些进展了 这是一个良好的开头

0:00:11.150,0:00:14.600
想象一下我这儿有一个容器

0:00:14.600,0:00:18.180
就把这个当成我的容器吧 在这个容器里面

0:00:18.180,0:00:20.520
有一些水分子

0:00:20.520,0:00:24.130
只是一堆水分子

0:00:24.130,0:00:25.590
它们相互之间有摩擦

0:00:25.590,0:00:27.780
它处于液态形式

0:00:27.780,0:00:32.540
并且在水分子中有一些糖分子

0:00:32.540,0:00:35.350
我把糖分子画成粉红色的

0:00:35.350,0:00:40.630
好的 这样我就有了一些糖分子了

0:00:40.630,0:00:44.530
当然 我有多得多的水分子 我来讲的更清楚一些

0:00:49.190,0:00:57.320
那么在这种情形下 我们把这种更多的分子称为溶剂

0:00:59.400,0:01:03.060
在这里 也就是有更多的水分子

0:01:03.060,0:01:07.850
正如你能看到的一样

0:01:07.850,0:01:10.700
我不会在这里谈论摩尔或者其他相关的东西

0:01:10.700,0:01:13.730
因为你们也许并没有学过这些内容

0:01:13.730,0:01:15.520
你们只要想象哪个更多

0:01:15.520,0:01:17.740
那就是溶剂

0:01:17.740,0:01:24.090
在这里 水就是溶剂

0:01:24.090,0:01:29.130
并且少的那种

0:01:29.130,0:01:33.340
也就是糖 我们把它称作溶质

0:01:36.480,0:01:37.610
当然 溶质不一定就非得是糖

0:01:37.610,0:01:41.060
它可以是任何分子 只要比水分子少

0:01:45.760,0:01:49.740
并且我们说糖溶解在水里面

0:02:03.420,0:02:06.960
而这整个 也就是水和糖的组合

0:02:06.960,0:02:09.370
我们称之为溶液

0:02:09.370,0:02:12.180
我们称这个整体为溶液

0:02:12.180,0:02:18.110
溶液由溶剂和溶质组成 在这里溶剂是水

0:02:18.110,0:02:21.390
它的作用是溶解 在这里被溶解的物质是糖

0:02:21.390,0:02:24.350
它称为溶质

0:02:24.350,0:02:27.750
这对你们有些人来说也许只是一种复习

0:02:27.750,0:02:29.670
但是我介绍这些是有理由的

0:02:29.670,0:02:34.940
因为我想谈论扩散的知识

0:02:40.010,0:02:42.900
这个知识其实是很容易理解的

0:02:42.900,0:02:46.530
如果我还有一个相同的容器

0:02:46.530,0:02:49.480
我稍微画得有一点不一样

0:02:49.480,0:02:52.180
只是来谈一下扩散 我们待会还要回到水和糖的主题

0:02:52.180,0:02:55.720
尤其是水的主题

0:02:55.720,0:02:59.340
假设这个容器

0:02:59.340,0:03:01.060
有一些空气的粒子在里面

0:03:01.060,0:03:03.270
它可以是任何物质--比如氧气或二氧化碳

0:03:03.270,0:03:07.970
我在这里画一些空气分子

0:03:07.970,0:03:10.450
它们是气态的

0:03:10.450,0:03:12.590
比如说是气态氧

0:03:12.590,0:03:14.930
所以它们都是O2 对吧？

0:03:14.930,0:03:16.940
这是当前的状况

0:03:16.940,0:03:20.210
我们称这整个是个真空装置 并且还有一定的温度

0:03:20.210,0:03:25.290
所以这些水分子还具有动能

0:03:25.290,0:03:29.480
他们以随机的方向进行运动

0:03:29.480,0:03:35.740
我的问题是 这个容器里将会发生什么

0:03:35.740,0:03:38.710
这些小屁孩（指分子）会随机的

0:03:38.710,0:03:39.510
相互冲撞

0:03:39.510,0:03:43.510
比起它们沿着右上方向冲撞

0:03:43.510,0:03:45.040
似乎它们有更大的概率沿着左下方向冲撞

0:03:45.040,0:03:48.560
但是如果假设这些分子正沿着左下方向运动

0:03:48.560,0:03:50.150
它会撞到某种物质

0:03:50.150,0:03:51.820
然后反弹向右上方向运动

0:03:51.820,0:03:54.660
但在右上方向 却没有能够使它反弹的物质

0:03:54.660,0:03:57.860
所以整体上来说 它们的运动方向都是随机的

0:03:57.860,0:04:01.220
但是它们往右运动的可能性是更大的

0:04:01.220,0:04:03.850
因为当分子向左运动时 撞到某种物质的可能性会比较大

0:04:03.850,0:04:06.850
这是常识

0:04:06.850,0:04:10.530
如果你让这个系统达到某种平衡

0:04:10.530,0:04:12.460
我不打算详细解释这是什么意思

0:04:12.460,0:04:15.250
你如果看热力学的视频 就会明白了

0:04:15.250,0:04:19.080
最终你会看到这个容器看起来像这样

0:04:19.080,0:04:20.300
当然我并不能保证

0:04:20.300,0:04:22.400
有可能它会变成这样

0:04:22.400,0:04:26.000
但是更可能的是这五个颗粒

0:04:26.000,0:04:27.750
变得相对地分散开

0:04:27.750,0:04:33.680
这就是扩散 所以实际上就是粒子向外分布

0:04:33.680,0:04:39.170
或者说分子从浓度高的的地方向浓度低的地方运动

0:04:39.170,0:04:41.730
在这种情况下 这些分子会以这种方向分散

0:04:41.730,0:04:44.960
从高浓度的地方向低浓度的地方运动

0:04:44.960,0:04:47.960
你们会问 浓度又是什么呢？

0:04:47.960,0:04:50.770
测量浓度的方法有很多

0:04:50.770,0:04:54.160
你可以用体积摩尔浓度等方法来计算

0:04:54.160,0:04:55.850
但是简单的方法是

0:04:55.850,0:04:59.860
观察每单元的空间中有多少粒子

0:04:59.860,0:05:02.800
所以这里每单元的空间有很多粒子

0:05:02.800,0:05:05.890
而这里 基本没有粒子

0:05:05.890,0:05:09.940
所以这里是高浓度区域而这里是低浓度区域

0:05:09.940,0:05:12.240
因此你也可以想象出其他类似的方法

0:05:12.240,0:05:18.640
你可以想象一个溶液--我们画一个像这样的物体

0:05:21.000,0:05:23.140
我们有两个容器

0:05:23.140,0:05:27.330
我们再回到溶液的状态下

0:05:27.330,0:05:29.480
这是气体 我刚刚就是用这个例子开始讲课的

0:05:29.480,0:05:31.140
现在我们继续用这个例子

0:05:31.140,0:05:35.660
在这里有一个门

0:05:35.660,0:05:38.130
比水分子和糖分子都要大

0:05:38.130,0:05:42.150
在门两边 我们都有一些水分子

0:05:42.150,0:05:45.400
这里有许多水分子

0:05:53.680,0:05:55.330
如果这里只有水分子-

0:05:55.330,0:05:57.500
它们全都随机地运动

0:05:57.500,0:06:00.430
水分子向这个方向运动的机率

0:06:00.430,0:06:03.260
与水分子向这个方向运动的机率是一样的

0:06:03.260,0:06:06.270
假设两边的水分子数目是相当的

0:06:06.270,0:06:07.520
不然两边的压力会不同

0:06:07.520,0:06:11.140
假设两边水的高度是一样的

0:06:11.140,0:06:13.640
这样就没有其他方向的压力

0:06:13.640,0:06:17.180
因此如果因为某个因素

0:06:17.180,0:06:18.670
一些水分子要向右边运动

0:06:18.670,0:06:20.770
那么很快这里就会有更多的水

0:06:20.770,0:06:22.550
我们知道这是不可能发生的

0:06:22.550,0:06:28.350
因为这两个容器里只有水

0:06:28.350,0:06:29.970
现在我们放一些溶质进去

0:06:29.970,0:06:32.470
溶解一些溶质

0:06:32.470,0:06:35.820
我们先假设在左半部分进行溶解过程

0:06:35.820,0:06:40.450
因此我们在左边放一些糖分子

0:06:40.450,0:06:43.040
当然这些粒子足够小 以便它们可以经过这个小的管道

0:06:43.040,0:06:45.110
这是我做的一个假设 那么下面将会发生什么呢？

0:06:45.110,0:06:47.430
它们都有动能

0:06:47.430,0:06:51.990
它们到处碰撞

0:06:51.990,0:06:56.340
某一段时间里 这些水分子将会来回不停地运动

0:06:56.340,0:06:57.680
这个水分子向这个方向运动

0:06:57.680,0:07:00.510
那个水分子向那个方向运动 但是互相抵消

0:07:00.510,0:07:03.850
但一段时间内 这些大的糖分子中

0:07:03.850,0:07:06.960
有一个会以向右的方向运动

0:07:06.960,0:07:08.900
这个分子没有以这样的方向运动

0:07:08.900,0:07:10.450
而是向右运动

0:07:10.450,0:07:16.080
它通过连接这两个容器的通道

0:07:16.080,0:07:17.970
然后它停在这个地方

0:07:17.970,0:07:20.350
接着它将继续不停地在周围碰撞

0:07:20.350,0:07:21.890
也有可能它会回去

0:07:21.890,0:07:25.520
但即使这样 还会有更多的糖分子到这里来

0:07:25.520,0:07:28.130
因此糖分子以这个方向运动的可能性

0:07:28.130,0:07:34.340
要远远大于以这个方向运动的可能性

0:07:34.340,0:07:37.620
因此你可以想象如果你用非常大的数目将会是怎样的结果

0:07:37.620,0:07:39.040
我只用了四个来演示

0:07:39.040,0:07:42.130
过一段时间 这个粒子将会分散开

0:07:42.130,0:07:44.580
因此两边的浓度将会大致相等

0:07:44.580,0:07:46.900
因此过段时间这儿应该会有两个糖分子

0:07:46.900,0:07:50.180
但是因为你只用了三个、四个或者五个分子

0:07:50.180,0:07:51.440
也有可能最后的结果不是这样的

0:07:51.440,0:07:53.780
但是如果你使用了大量的糖分子 并且它们都相当小

0:07:53.780,0:07:58.680
两边平均分布的可能性就相当相当大了 不管怎样

0:07:58.680,0:08:01.480
这样一个过程总是

0:08:01.480,0:08:05.260
分子从高浓度的容器

0:08:05.260,0:08:08.170
向低浓度的容器运动

0:08:08.170,0:08:14.060
这就是扩散

0:08:15.880,0:08:19.540
这样我们也学会了一些

0:08:19.540,0:08:20.760
能表达扩散的词

0:08:20.760,0:08:24.340
刚开始 这儿有着更高的浓度

0:08:24.340,0:08:27.060
即左边有着更高的浓度

0:08:33.070,0:08:35.490
这是相对的 它比这边的浓度更高

0:08:37.740,0:08:39.820
这边的浓度相对比较低

0:08:42.840,0:08:44.610
它们有相应的专业名词

0:08:44.610,0:08:47.780
这边高浓度的溶液称为高渗溶液

0:08:47.780,0:08:51.860
我用黄色字体写下来

0:08:57.950,0:09:01.110
高渗 顾名思义就是里面包含很多物质

0:09:01.110,0:09:09.590
而这边低浓度的称为低渗溶液

0:09:13.150,0:09:16.520
你可能听你的亲戚说过

0:09:16.520,0:09:20.710
如果他们没有吃饱 他们会说自己血糖过低

0:09:20.710,0:09:22.990
这意味着他们感觉头昏眼花

0:09:22.990,0:09:24.740
因为他们的血液中没有足够的糖分

0:09:24.740,0:09:26.610
他们感觉自己快要晕过去 因此他们想饱餐一顿

0:09:26.610,0:09:30.040
如果你刚刚吃过一块糖 也许你会血糖过高

0:09:30.040,0:09:32.120
或许血糖成分只是高一点

0:09:32.120,0:09:36.300
了解这些很好 但是我们还是谈论高渗

0:09:36.300,0:09:40.190
高渗--你拥有很大量的溶质 浓度很高

0:09:40.190,0:09:44.000
还有低渗 就是溶质不多

0:09:44.000,0:09:47.110
因此你的浓度很低 这些是很好的专业名词

0:09:47.590,0:09:49.230
因此 概括来说

0:09:49.230,0:09:53.080
扩散指（在没有障碍物的情况下）

0:09:53.080,0:09:56.600
溶质从高浓度或高渗溶液

0:09:56.600,0:10:02.480
当然 这是在允许的情况下

0:10:02.480,0:10:05.300
向低浓度亦即低渗溶液流动

0:10:05.300,0:10:08.580
现在 我们来做一个有趣的实验

0:10:08.580,0:10:10.010
我们已经讨论了扩散

0:10:10.010,0:10:14.490
到现在为止我们讨论的都是关于溶质的扩散

0:10:14.490,0:10:17.190
但是 绝大部分情况下 不一定总是这样

0:10:17.190,0:10:19.040
一般情况下

0:10:19.040,0:10:21.080
溶质总是数量少的那部分

0:10:21.080,0:10:23.290
而溶剂总是数量多的那部分

0:10:23.290,0:10:26.420
最常见的溶剂是水

0:10:26.420,0:10:28.910
但不一定就得是水 它也可以是某种酒精

0:10:28.910,0:10:33.270
也可以是水银 甚至也可以是一堆分子

0:10:33.270,0:10:36.660
但在大部分生物或化学系统中

0:10:36.660,0:10:39.500
水是典型的溶剂

0:10:39.500,0:10:41.390
它是其它物质被溶解的地方

0:10:41.390,0:10:44.310
那么 如果我们有一个通道

0:10:44.310,0:10:47.290
通道的大小不能使溶质通过

0:10:47.290,0:10:53.220
但是却可以让水分子自由通过 又会发生什么呢？我们思考一下

0:10:55.330,0:10:56.270
为了思考这个问题

0:10:56.270,0:10:57.770
我们来做一些有趣的事情

0:10:57.770,0:11:00.560
假设我们有一个容器

0:11:02.760,0:11:03.940
实际我并不想画一个容器

0:11:03.940,0:11:06.020
我们只要假设我们有一个拥有水的外界环境

0:11:06.020,0:11:11.490
假设这就是外界环境

0:11:11.490,0:11:14.070
而你有某种薄膜片

0:11:19.510,0:11:23.360
水分子可以自由进出这个膜片 它是半渗透的

0:11:23.360,0:11:24.680
这样说吧 水分子是可以自由穿过膜片的

0:11:24.680,0:11:27.210
但是溶质分子却不能穿过它

0:11:27.210,0:11:28.670
假设这里溶质是糖

0:11:28.670,0:11:35.420
在膜片的里外都有水

0:11:35.420,0:11:39.110
这里是一些小的水分子

0:11:39.110,0:11:41.840
这是膜片

0:11:46.200,0:11:46.000
我们也有一些糖分子

0:11:46.000,0:11:48.550
当然我只是随便用了糖 它可以是任何物质

0:11:48.550,0:11:55.040
这些糖分子稍微有点大

0:11:55.040,0:11:55.910
当然也可以大很多

0:11:55.910,0:11:57.710
事实上 它们比水分子大多了

0:11:57.710,0:11:59.410
我们有很多糖分子 我只画四个

0:11:59.410,0:12:01.240
记得事实上我们有大量的糖分子

0:12:01.240,0:12:03.580
我们有更多的水分子

0:12:03.580,0:12:05.130
我只是想说明我们有更多的水分子

0:12:05.130,0:12:08.880
并且这个薄膜是半渗透的

0:12:12.620,0:12:15.310
可渗透意味着它允许物质穿过

0:12:15.310,0:12:17.820
半渗透的意思是它并不是完全可渗透的

0:12:17.820,0:12:19.630
因此在这里

0:12:19.630,0:12:22.360
我所说的半渗透是指能够让水穿过

0:12:22.360,0:12:29.980
因此水分子可以穿过 但是糖分子却不能 因为糖分子太大了

0:12:35.850,0:12:39.370
因此如果我们放大薄膜片

0:12:39.370,0:12:40.750
它可能看起来像这样

0:12:40.750,0:12:42.180
我来放大这一块薄膜

0:12:44.770,0:12:48.230
薄膜上的孔就像这样

0:12:48.230,0:12:51.430
水分子也许就像这么大

0:12:51.430,0:12:53.070
因此它们可以穿过这些孔

0:12:53.070,0:12:56.720
水分子可以自由穿过这些孔

0:12:58.840,0:13:01.630
而糖分子却有这么大

0:13:01.630,0:13:04.990
因此它们不能穿过这些孔

0:13:04.990,0:13:07.170
对于这个孔来说

0:13:07.180,0:13:08.640
它们太大了 所以不能自由通过

0:13:08.640,0:13:12.640
在这种情况下 你觉得会发生什么呢？

0:13:12.640,0:13:15.860
首先 我们接下来使用专业名词 记住 糖是溶质

0:13:15.860,0:13:18.820
水是溶剂 薄膜是半渗透的

0:13:18.820,0:13:21.510
薄膜两边的浓度又是怎样呢？

0:13:21.510,0:13:27.570
薄膜里面是高渗溶液

0:13:31.770,0:13:37.530
薄膜外面是低渗溶液

0:13:44.920,0:13:47.100
现在 如果这些孔足够大

0:13:47.100,0:13:50.860
这些分子将到处碰撞

0:13:50.860,0:13:54.690
水分子随机的运动 并且各个方向的概率都是一样的

0:13:54.690,0:13:57.680
我马上会讨论这个问题

0:13:57.680,0:14:01.150
如果孔足够大 所有的运动都是等可能的

0:14:01.150,0:14:03.320
如果这些孔都足够地大

0:14:03.320,0:14:04.900
这些分子最终会碰撞到这边

0:14:04.900,0:14:08.290
最终 两边的浓度将会大致相等

0:14:08.290,0:14:10.510
这是传统的扩散

0:14:10.510,0:14:14.460
溶质由高浓度往低浓度运动

0:14:14.460,0:14:18.460
但这种情形下 这些糖分子不能穿过这些孔

0:14:18.460,0:14:22.200
只有水分子可以来回地穿过 如果这里没有这些糖分子

0:14:23.820,0:14:27.670
水分子向这个方向运动的概率

0:14:27.670,0:14:33.790
和向那个方向运动的概率将是一样的

0:14:33.790,0:14:40.800
但是这里这些糖分子在右边

0:14:40.800,0:14:42.350
在这里糖分子是在薄膜的里面

0:14:42.350,0:14:44.840
这是薄膜的里面部分

0:14:46.140,0:14:51.080
由于这些糖分子可能处在入口的位置上

0:14:51.080,0:14:55.330
因此水分子处于入口上位置的可能性将很少

0:14:55.330,0:14:57.410
因此水分子处于入口上位置的可能性将很少

0:14:57.410,0:15:02.730
因此水分子进去的可能性要大于出去的可能性

0:15:02.730,0:15:04.220
我想更详细地解释

0:15:04.220,0:15:06.650
如果这些糖分子不在这里

0:15:06.650,0:15:09.520
显然 水分子在不同方向上运动的概率将是一样的

0:15:09.520,0:15:11.970
既然现在糖分子在这里

0:15:11.970,0:15:15.340
它们可能在右边这部分

0:15:15.340,0:15:18.540
它们会成为阻碍 我想思考这个问题的最好方法是

0:15:18.540,0:15:20.410
认为它阻碍了孔的入口

0:15:20.410,0:15:22.170
它们自己不能够穿过这些孔

0:15:22.170,0:15:23.930
也许也不会阻碍这些孔的入口

0:15:23.930,0:15:25.730
而是以随机的方向运动

0:15:25.730,0:15:30.330
水分子向孔运动是随机性的

0:15:30.330,0:15:31.940
而这里有大量的水分子

0:15:31.940,0:15:35.440
因此它们被阻碍穿出孔的可能性更大

0:15:35.440,0:15:37.260
但是薄膜外面的水分子

0:15:37.260,0:15:39.430
由于没有什么阻碍它们进去

0:15:39.430,0:15:41.300
因此水将往里面流

0:15:41.630,0:15:44.320
因此在这种半透膜情形下

0:15:44.320,0:15:45.590
水将向里面流

0:15:45.590,0:15:48.830
水将向里面流

0:15:48.830,0:15:51.520
这很有趣

0:15:51.520,0:15:56.870
溶剂从低浓度的地方

0:15:56.870,0:16:01.530
向高浓度的地方运动

0:16:07.430,0:16:10.540
但是如果你反过来思考

0:16:10.540,0:16:14.330
如果你把糖当成溶剂 那么你可以说

0:16:14.330,0:16:17.490
水是从高浓度的地方流向低浓度的

0:16:17.490,0:16:20.480
我不想让你感到太困惑

0:16:20.480,0:16:21.860
而这就是困惑人们的地方

0:16:21.860,0:16:24.130
你们只要思考接下来会发生什么

0:16:24.130,0:16:27.390
不管在怎样的状态下

0:16:27.390,0:16:30.740
溶液总是倾向于平衡它们的浓度

0:16:30.740,0:16:33.620
让两边的浓度尽可能相等

0:16:33.620,0:16:36.190
这不是什么魔法 溶液是不大可能知道这些的

0:16:36.190,0:16:39.030
这取决于概率和分子之间相互的碰撞

0:16:39.030,0:16:43.810
只是在这种状态下 水分子更有可能流进容器

0:16:43.810,0:16:46.670
因此它会从低浓度的一边

0:16:46.670,0:16:50.960
因此它会从低浓度的一边

0:16:50.960,0:16:55.060
流向拥有糖分子的高浓度的那边

0:16:55.060,0:16:57.200
并且如果这个薄膜是可以伸展的

0:16:57.200,0:17:02.610
更多的水将持续流进来并且薄膜会伸展变大

0:17:04.460,0:17:08.490
我不想详细地讨论这个问题

0:17:08.490,0:17:11.810
但是这里水作为溶剂

0:17:11.810,0:17:15.220
水作为溶剂通过半透膜扩散

0:17:15.220,0:17:19.510
被称为渗透

0:17:22.080,0:17:24.530
你可能听说过通过渗透学习的方法

0:17:24.530,0:17:25.760
如果你把一本书放在你的头旁边

0:17:25.760,0:17:28.040
也许它会渗透进你的大脑 这是同样的道理

0:17:28.040,0:17:29.410
这就是这个单词的来源

0:17:29.410,0:17:33.700
水通过薄膜渗透

0:17:33.700,0:17:35.580
试图让两边的溶液浓度相等

0:17:35.580,0:17:38.240
因此 如果说这边是高浓度

0:17:38.240,0:17:41.260
这边是低浓度 在没有薄膜的情况下

0:17:41.260,0:17:43.720
这些大分子可以出去

0:17:43.720,0:17:48.810
但是因为这儿有个半透膜 因此它们不能出去

0:17:48.810,0:17:52.980
因此系统依靠概率- 没有任何魔法

0:17:52.980,0:17:56.910
更多的水将进去来平衡两边的浓度

0:17:56.910,0:18:01.930
如果这儿也有一些糖分子

0:18:01.930,0:18:06.950
没有这边的浓度高 如果所有的分子都随机地运动

0:18:06.950,0:18:10.370
你将会到达这样一个点上

0:18:10.370,0:18:12.610
这边的浓度

0:18:12.610,0:18:13.990
和右边的浓度将大致相等

0:18:13.990,0:18:16.900
因为右边将会充满水

0:18:16.900,0:18:20.350
也有可能体积变得更大

0:18:20.350,0:18:22.720
然后 水分子向右运动的概率

0:18:22.720,0:18:24.360
将和水分子向左运动的概率相同

0:18:24.360,0:18:26.050
这样又达到了一种平衡状态

0:18:26.050,0:18:31.120
我想解释得更详细一些 扩散意味着任何粒子

0:18:31.120,0:18:34.310
都会从浓度高的地方

0:18:34.310,0:18:36.890
向浓度低的地方分散

0:18:36.890,0:18:41.260
渗透是水的扩散

0:18:41.260,0:18:45.520
通常你所谈论的关于水的扩散

0:18:45.520,0:18:48.530
经常处于半透膜的情形下

0:18:48.530,0:18:53.390
这种情形下溶质不能穿过半透膜

0:18:53.390,0:18:57.450
希望讲的东西对大家有用 并且不会令你们太困惑