إذا سبق لك أن شاهدت البخار يتصاعد من نزيف العاصفة ويختفي عن الأنظار وهو يرتفع في الهواء بسبب دفئه ، فقد رأيت انتشار جزيئات الغاز أثناء العمل.
عندما تقوم برش معطر الهواء في الغرفة ، وتصبح الرائحة في المنطقة التي قمت برشها أضعف تدريجيًا ، فهذا نتيجة تجد جزيئات الغاز المختلفة طريقها دائمًا نحو أماكن في الغلاف الجوي المحلي لم يسبق لها مثيل من "أقرانها" وصل.
الانتشار هو إحدى العمليات التي تتحرك بها الجزيئات عبر الفضاء. في بعض الأحيان يكون هذا الفضاء عبارة عن هواء ، وأحيانًا يكون سائلًا ، وفي أوقات أخرى يتم توطينه في منطقة غشاء الخلية البيولوجية. لولا أشكال مختلفة من الانتشار ، في الواقع ، لن تتمكن خلايا جسمك من القيام بوظائفها وستختنق وتتضور جوعًا بسرعة.
ما هو الانتشار في الكيمياء؟
يتم تعريف الانتشار على أنه مبني للمجهول حركة المذاب (مثل جزيء ثاني أكسيد الكربون) عبر غشاء منفذ. الكلمة "مبني للمجهول"يقوم بالكثير من العمل في هذه الجملة ؛ هذا يعني أنه لا يلزم وضع طاقة في النظام لإقناع المذاب عبر الغشاء إلى الجانب الآخر.
ما هو الغشاء المنفذ؟ هذا اسم لحاجز (عادة ما يكون بيولوجيًا) يسمح للجزيئات بالمرور في ظل ظروف معينة. مع الانتشار ، يتم توفير الطاقة من خلال تدرج التركيز. هذا لأن المادة تميل إلى التحرك في أي اتجاه يمكنها حتى يتم توزيع المادة بالتساوي في جميع أنحاء أي مكان يحصرها ومجموعاتها الجزيئية.
العوامل المؤثرة في معدل الانتشار
يتأثر معدل انتشار المادة بمجموعة من العوامل. لاحظ أن الانتشار يستمر بشكل طبيعي حتى يتم الوصول إلى التوازن ، ويتم توزيع المادة بالتساوي في جميع أنحاء وسطها. اعلم أيضًا أنه في خليط من المواد ، لكل منها تدرج تركيز خاص به لا يتأثر بالآخر التدرجات في وسطها (على الرغم من أن وجود هذه الجزيئات المختلفة يؤثر على حركاتهم الفردية من خلال مجرد الازدحام).
قوة الانحدار التركيز: كما قد تتوقع ، كلما زاد الاختلاف في التركيز عبر غشاء البلازما ، زادت سرعة انتشار المادة المذابة عبره. مع اقتراب التوازن ، يتباطأ معدل الانتشار.
كتلة الجزيئات: جزيئات أخف ، مثل CH4(الميثان) ، تتحرك بسرعة أكبر في المتوسط من تلك الأكثر ضخامة ، مثل الأجزاء الطويلة من الأحماض النووية (مثل الحمض النووي).
مساحة وسماكة الغشاء: مع زيادة مساحة الغشاء ، يزداد معدل الانتشار. لكن زيادة السماكة تبطئ الانتشار. فكر في التأثير على تدفق المركبات على الطرق السريعة من خلال إضافة المزيد من الطرق إلى طريق سريع دون زيادة حركة المرور (زيادة "المنطقة") ؛ ثم ضع في اعتبارك تأثير جعل كل حارة ضيقة بطول نصف ميل دون داع (زيادة "سمك").
درجة حرارة: الجزيئات ، مثل أي شيء آخر يمكن أن يخطر ببالك ، تميل إلى الانتشار أسرع مع درجة الحرارة يزيد ، لأن هذا يزيد من الاصطدام العشوائي بين الجزيئات ويزيد من معدل تعريف.
قطبية الذائبة: الغير قطبي أو قابل للذوبان في الدهون تمر المواد بسهولة عبر أغشية البلازما أكثر من المواد القطبية ، أي المواد التي لها توزيعات شحنة غير متماثلة عبر الجزيئات بدون شحنة كهربائية صافية.
كثافة المذيب: مع زيادة كثافة السائل الذي يحدث فيه الانتشار ، يتباطأ الانتشار. هذا هو أحد أسباب الجفاف يسبب المشاكل. إن السيتوبلازم الخلوي السميك (داخل الخلية) يجعل من الصعب على الجزيئات الحيوية أن تتصاعد بشكل سلبي نحو وجهاتها الأنزيمية وغيرها.
قانون جراهام: عندما يذوب غاز في سائل ، يكون المعدل النسبي لانتشار غاز معين مباشرة يتناسب مع قابليته للذوبان في ذلك السائل ، ولكن عكسيا يتناسب مع الجذر التربيعي لكتلته المولية. في جسم الإنسان ببلازما الدم ، يكون ثاني أكسيد الكربون أثقل قليلاً من غاز الأكسجين ، لكن قابلية ذوبانه أكبر بـ 22 مرة ، مما يمنحه 19 ضعفًا لمعدل انتشار الأكسجين في هذه البيئة.
مسافة مسار المذاب: مرة أخرى ، كما قد تتخيل ، تشير مسارات السفر الأقصر إلى معدلات انتشار جزيئي أسرع.
