Pokud jste někdy sledovali, jak pára stoupá z odtoku bouře a mizí z dohledu, jak stoupá do vzduchu díky svému vlastnímu teplu, viděli jste difúzi molekul plynu v akci.
Když nastříkáte osvěžovač vzduchu do místnosti a vůně v oblasti, kde jste stříkali, bude postupně slabší, je to výsledek různé molekuly plynu si vždy nacházejí cestu k místům v místní atmosféře, která již má méně jejich „vrstevníků“ dosáhl.
Difúze je jeden proces, při kterém se molekuly pohybují prostorem. Někdy je tímto prostorem vzduch, někdy kapalina a jindy je lokalizován do oblasti biologické buněčné membrány. Nebýt různých forem difúze, buňky ve vašem těle by ve skutečnosti nemohly dělat svou práci a rychle by se dusily a hladovaly.
Co je to difúze v chemii?
Difúze je definována jako pasivní pohyb rozpuštěné látky (například molekuly oxidu uhličitého) přes propustnou membránu. Slovo "pasivní„dělá v této větě hodně práce; to znamená, že do systému není nutné vnášet žádnou energii, aby bylo možné přemístit rozpuštěnou látku přes membránu na druhou stranu.
Co je to propustná membrána? Toto je název bariéry (obvykle biologické), která umožňuje molekulám procházet za určitých podmínek. Při difúzi je energie dodávána koncentračním gradientem. Důvodem je, že látka má tendenci pohybovat se jakýmkoli směrem, který dokáže, dokud není látka rovnoměrně distribuována v jakémkoli prostoru, který ji omezuje a její molekulární kohorty.
Faktory ovlivňující rychlost difúze
Rychlost difúze látky je ovlivněna řadou faktorů. Všimněte si, že difúze přirozeně pokračuje, dokud není dosaženo rovnováhy, a látka je rovnoměrně distribuována v celém médiu. Uvědomte si také, že ve směsi látek má každá svůj vlastní koncentrační gradient, který není ovlivněn jinými přechody uprostřed (i když přítomnost těchto různých molekul ovlivňuje jejich individuální pohyby pouhým průnikem vytěsnění).
Síla koncentračního gradientu: Jak můžete očekávat, čím větší je rozdíl v koncentraci přes plazmatickou membránu, tím rychleji se rozpuštěná látka rozptyluje. Jak se blíží rovnováha, rychlost difúze se zpomaluje.
Hmotnost molekul: Lehčí molekuly, například CH4(metan) se v průměru pohybují rychleji než ty masivnější, jako jsou dlouhé segmenty nukleových kyselin (např. DNA).
Plocha a tloušťka membrány: Jak se zvětšuje plocha membrány, zvyšuje se i rychlost difúze. Ale zvyšující se tloušťka zpomaluje difúzi. Přemýšlejte o tom, jaký účinek má na dálnici dopravní prostředek přidání více zpoplatněných silnic na dálnici bez zvýšení provozu (zvětšená „plocha“); pak zvažte účinek zbytečného vytvoření každého úzkého mýtného pruhu půl míle dlouhého (zvětšená „tloušťka“).
Teplota: Molekuly, stejně jako prakticky všechno ostatní, na co si vzpomenete, mají tendenci rychleji difundovat jako teplota se zvyšuje, protože to zvyšuje náhodnou kolizi mezi molekulami a zvyšuje rychlost difúze.
Polarita solute: Nepolární nebo rozpustný v tucích materiály snáze procházejí plazmatickými membránami než polární materiály, tj. materiály, které mají asymetrické distribuce náboje napříč molekulami bez čistého elektrického náboje.
Hustota rozpouštědla: Jak se zvyšuje hustota kapaliny, ve které dochází k difúzi, difúze se zpomaluje. To je jeden z důvodů, proč dehydratace způsobuje problémy; silnější buněčná cytoplazma (buněčný interiér) ztěžuje životně důležité molekuly pasivně se chugovat k jejich enzymatickým a dalším cílům.
Grahamův zákon: Když je plyn rozpuštěn v kapalině, je relativní rychlost difúze daného plynu přímo úměrné jeho rozpustnosti v této kapalině, ale obráceně úměrný druhé odmocnině jeho molární hmotnosti. V lidském těle krevní plazmy je oxid uhličitý o něco těžší než plynný kyslík, ale jeho rozpustnost je 22krát větší, což mu při tomto nastavení dává 19krát vyšší rychlost difúze kyslíku.
Vzdálenost cesty rozpuštěné látky: Opět, jak asi tušíte, kratší dráhy pohybu znamenají rychlejší rychlost molekulární difúze.