Hvis du nogensinde har set dampen stige op fra et stormafløb og forsvinde fra syne, når den stiger op i luften på grund af sin egen varme, har du set diffusionen af gasmolekyler i aktion.
Når du sprøjter luftfriskere ind i et rum, og duften i det område, hvor du sprayede, bliver gradvis svagere, er dette resultatet af forskellige gasmolekyler finder altid vej mod steder i den lokale atmosfære, som færre af deres "jævnaldrende" allerede har nået.
Diffusion er en proces, hvor molekyler bevæger sig gennem rummet. Nogle gange er dette rum luft, nogle gange er det flydende, og på stadig andre tidspunkter er det lokaliseret til området for en biologisk cellemembran. Hvis det ikke var for forskellige former for diffusion, ville cellerne i din krop faktisk ikke være i stand til at udføre deres job og hurtigt kvæle og sulte.
Hvad er diffusion i kemi?
Diffusion defineres som passiv bevægelse af et opløst stof (såsom et kuldioxidmolekyle) over en permeabel membran. Ordet "passiv"gør meget arbejde i denne sætning; det betyder, at der ikke behøves energi i systemet for at kaste det opløste stof over membranen til den anden side.
Hvad er en permeabel membran? Dette er et navn på en barriere (normalt biologisk), der gør det muligt for molekyler at passere igennem under visse betingelser. Med diffusion tilføres energien af koncentrationsgradienten. Dette skyldes, at et stof har en tendens til at bevæge sig i enhver retning, det kan, indtil stoffet er jævnt fordelt i det rum, der begrænser det og dets molekylære kohorter.
Faktorer, der påvirker diffusionshastighed
Diffusionshastigheden for et stof påvirkes af en række faktorer. Bemærk, at diffusion naturligt fortsætter, indtil ligevægt er nået, og stoffet fordeles jævnt i hele dets medium. Vær også opmærksom på, at hver i en blanding af stoffer har sin egen koncentrationsgradient, der ikke er påvirket af andre gradienter i dets midte (skønt tilstedeværelsen af disse forskellige molekyler ikke påvirker deres individuelle bevægelser gennem ren trængsel).
Koncentrationsgradientens styrke: Som du kunne forvente, jo større forskel i koncentration på tværs af en plasmamembran, desto hurtigere diffunderer det opløste stof over det. Når man nærmer sig ligevægt, sænkes diffusionshastigheden.
Molekylernes masse: Lettere molekyler, såsom CH4(methan), bevæger sig hurtigere i gennemsnit end mere massive, såsom lange segmenter af nukleinsyrer (fx DNA).
Membranets areal og tykkelse: Når arealet af membranen øges, øges diffusionshastigheden. Men stigende tykkelse nedsætter diffusionen. Tænk på virkningen på motorvejsstrømmen ved at tilføje flere vejveje til en motorvej uden at øge trafikken (øget "område"); overvej derefter effekten af unødvendigt at gøre hver smalle vejbane en halv mil lang (øget "tykkelse").
Temperatur: Molekyler, som praktisk talt alt andet, du kan tænke på, har en tendens til at diffundere hurtigere som temperatur øges, da dette øger den tilfældige kollision mellem molekyler og øger hastigheden af diffusion.
Opløs polaritet: Ikke-polær eller lipidopløselig materialer passerer lettere gennem plasmamembraner end polare materialer, dvs. materialer, der har asymmetriske ladningsfordelinger over molekyler uden elektrisk elektrisk ladning.
Densitet af opløsningsmidlet: Efterhånden som densiteten af væsken, hvor diffusion forekommer, øges, nedsættes diffusionen. Dette er en af grundene til, at dehydrering forårsager problemer; en tykkere cellecytoplasma (celleindretning) gør det sværere for vitale molekyler at passere passivt mod deres enzymatiske og andre destinationer.
Grahams lov: Når en gas opløses i en væske, er den relative diffusionshastighed for en given gas direkte proportional med dets opløselighed i væsken, men omvendt proportional med kvadratroden af dens molære masse. I blodplasma menneskekroppen er kuldioxid lidt tungere end iltgas, men dets opløselighed er 22 gange større, hvilket giver den 19 gange diffusionshastigheden for ilt i denne indstilling.
Afstand af opløst sti: Igen, som du måske gætter, indebærer kortere veje hurtigere hastigheder for molekylær diffusion.