Ако някога сте наблюдавали как парата се издига от изтичането на бурята и изчезва от погледа, когато се издига във въздуха поради собствената си топлина, вие сте виждали дифузията на газовите молекули в действие.
Когато впръскате освежител за въздух в стая и ароматът в областта, където сте напръскали, постепенно става по-слаб, това е резултат от различни молекули газ неизменно намират път към места в местната атмосфера, които по-малко от техните „връстници“ вече са имали достигна.
Дифузията е един процес, при който молекулите се движат през пространството. Понякога това пространство е въздух, понякога е течност, а в други случаи е локализирано в областта на биологичната клетъчна мембрана. Ако не бяха различни форми на дифузия, всъщност клетките на тялото ви нямаше да могат да си вършат работата и бързо щяха да се задушат и да умрат от глад.
Какво е дифузия в химията?
Дифузията се определя като пасивен движение на разтворено вещество (като молекула на въглероден диоксид) през пропусклива мембрана. Думата "
пасивен"върши много работа в това изречение; това означава, че не е необходимо да се влага енергия в системата, за да насочи разтвореното вещество през мембраната към другата страна.Какво представлява пропусклива мембрана? Това е име за бариера (обикновено биологична), която позволява на молекулите да преминават при определени условия. При дифузия енергията се доставя от градиента на концентрацията. Това е така, защото веществото има тенденция да се движи във всяка посока, до която може, докато веществото се разпредели равномерно в пространството, което го ограничава и неговите молекулярни кохорти.
Фактори, влияещи върху скоростта на дифузия
Скоростта на дифузия на дадено вещество се влияе от множество фактори. Обърнете внимание, че дифузията по естествен път продължава до постигане на равновесие и веществото се разпределя равномерно в средата си. Също така, имайте предвид, че в смес от вещества, всяко от тях има свой собствен градиент на концентрация, който не се влияе от други градиенти в средата му (въпреки че присъствието на тези различни молекули влияе върху техните индивидуални движения чрез отвесни претъпкване).
Сила на градиента на концентрацията: Както можете да очаквате, колкото по-голяма е разликата в концентрацията в плазматичната мембрана, толкова по-бързо разтвореното вещество ще дифузира в нея. С наближаването на равновесието скоростта на дифузия се забавя.
Маса на молекулите: По-леки молекули, като СН4(метан), се движат средно по-бързо, отколкото по-масивните, като дълги сегменти от нуклеинови киселини (например ДНК).
Площ и дебелина на мембраната: С увеличаване на площта на мембраната се увеличава и скоростта на дифузия. Но увеличаването на дебелината забавя дифузията. Помислете за ефекта върху автомобилния поток от добавяне на повече пътни такси към магистрала, без да увеличавате трафика (увеличена "площ"); след това разгледайте ефекта от ненужното превръщане на всяка тясна пътна лента с дължина половин миля (увеличена „дебелина“).
Температура: Молекулите, както на практика всичко останало, за което се сетите, обикновено се разпространяват по-бързо като температура се увеличава, тъй като това увеличава случайния сблъсък между молекулите и увеличава скоростта на дифузия.
Разтворена полярност: Неполярна или разтворим в липиди материалите преминават по-лесно през плазмените мембрани, отколкото полярните материали, т.е.материали, които имат асиметрично разпределение на заряда в молекулите без нетен електрически заряд.
Плътност на разтворителя: Тъй като плътността на течността, в която се получава дифузия, се увеличава, дифузията се забавя. Това е една от причините дехидратацията да създава проблеми; по-дебелата клетъчна цитоплазма (клетъчната вътрешност) затруднява жизнените молекули да се придвижват пасивно към своите ензимни и други дестинации.
Законът на Греъм: Когато газът се разтвори в течност, относителната скорост на дифузия на даден газ е директно пропорционално на разтворимостта му в тази течност, но обратно пропорционално на квадратния корен от неговата моларна маса. В човешкото тяло в кръвната плазма въглеродният диоксид е малко по-тежък от кислородния газ, но разтворимостта му е 22 пъти по-голяма, което му дава 19 пъти по-голяма скорост на дифузия на кислород в тази среда.
Разстояние на пътя на разтвореното вещество: Отново, както се досещате, по-кратките пътища на пътуване предполагат по-бързи темпове на молекулярна дифузия.