Diffusion finder sted på grund af partikelbevægelse. Partikler i tilfældig bevægelse, som gasmolekyler, støder ind i hinanden efter brunian bevægelse, indtil de spredes jævnt i et givet område. Diffusion er derefter strømmen af molekyler fra et område med høj koncentration til området med lav koncentration, indtil ligevægt er nået. Kort fortalt beskriver diffusion en gas, væske eller faststof, der spredes gennem et bestemt rum eller gennem et andet stof. Diffusionseksempler inkluderer en parfumearoma, der spredes gennem et rum, eller en dråbe grøn madfarve, der spredes gennem en kop vand. Der er en række måder at beregne diffusionshastigheder på.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Husk, at udtrykket "sats" henviser til ændringen i en mængde over tid.
Grahams diffusionslov
I det tidlige 19. århundrede opdagede den skotske kemiker Thomas Graham (1805-1869) det kvantitative forhold, der nu bærer hans navn. Grahams lov siger, at diffusionshastigheden for to gasformige stoffer er omvendt proportional med kvadratroden af deres molære masser. Dette forhold blev nået i betragtning af at alle gasser, der findes ved den samme temperatur, udviser den samme gennemsnitlige kinetiske energi, som det forstås i den kinetiske teori om gasser. Med andre ord er Grahams lov en direkte konsekvens af, at de gasformige molekyler har den samme gennemsnitlige kinetiske energi, når de har samme temperatur. I henhold til Grahams lov beskriver diffusion gassblanding, og diffusionshastigheden er hastigheden for denne blanding. Bemærk, at Grahams diffusionslov også kaldes Grahams lov om effusion, fordi effusion er et specielt tilfælde af diffusion. Effusion er fænomenet, når gasformige molekyler flygter gennem et lille hul ind i et vakuum, evakueret rum eller kammer. Effusionshastigheden måler den hastighed, hvormed gassen overføres til det vakuum, det evakuerede rum eller kammeret. Så en måde at beregne diffusionshastighed eller effusionshastighed i et ordproblem er at foretage beregninger baseret på Grahams lov, der udtrykker forholdet mellem molære masser af gasser og deres diffusion eller effusion priser.
Ficks lovgivning om diffusion
I midten af det 19. århundrede formulerede den tyskfødte læge og fysiolog Adolf Fick (1829-1901) et sæt love, der regulerer opførslen af en gas, der diffunderer over en fluidmembran. Ficks første diffusionslov siger, at flux eller nettobevægelsen af partikler i et bestemt område inden for en bestemt tidsperiode er direkte proportional med gradientens stejlhed. Ficks første lov kan skrives som:
flux = -D (dC ÷ dx)
hvor (D) refererer til diffusionskoefficienten, og (dC / dx) er gradienten (og er et derivat i beregning). Så Ficks første lov siger grundlæggende, at tilfældig partikelbevægelse fra Brownian-bevægelse fører til drift eller spredning af partikler fra områder med høj koncentration til lave koncentrationer - og at drivhastighed eller diffusionshastighed er proportional med gradient af densitet, men i den modsatte retning af den gradient (som tegner sig for det negative tegn foran diffusionen konstant). Mens Ficks første lov om diffusion beskriver, hvor meget strøm der er, er det faktisk Ficks anden lov om Diffusion, der yderligere beskriver diffusionshastigheden, og den har form af en delvis differentiering ligning. Ficks anden lov er beskrevet med formlen:
T = (1 ÷ [2D]) x2
hvilket betyder, at tiden til diffusion øges med afstandens firkant, x. I det væsentlige giver Ficks første og anden lov om diffusion information om, hvordan koncentrationsgradienter påvirker diffusionshastigheder. Interessant nok udtænkte University of Washington et lort som et minde for at hjælpe med at huske hvordan Ficks ligninger hjælper med at beregne diffusionshastighed: ”Fick siger, hvor hurtigt et molekyle vil diffust. Delta P gange A gange k over D er loven at bruge…. Trykforskel, overfladeareal og konstant k ganges sammen. De er opdelt efter diffusionsbarriere for at bestemme den nøjagtige diffusionshastighed. "
Andre interessante fakta om diffusionshastigheder
Diffusion kan forekomme i faste stoffer, væsker eller gasser. Selvfølgelig foregår diffusion hurtigst i gasser og langsomst i faste stoffer. Diffusionshastigheder kan ligeledes påvirkes af flere faktorer. Øget temperatur øger f.eks. Diffusionshastigheder. Tilsvarende kan den partikel, der diffunderes, og det materiale, den diffunderer ind i, påvirke diffusionshastigheder. Bemærk for eksempel, at polære molekyler diffunderer hurtigere i polære medier, som vand, mens ikke-polære molekyler er ublandbare og derved har svært ved at diffundere i vand. Densiteten af materialet er endnu en faktor, der påvirker diffusionshastigheder. Forståeligt nok diffunderer tungere gasser langt langsommere sammenlignet med deres lettere kolleger. Desuden kan interaktionsarealets størrelse påvirke diffusionshastigheder, hvilket fremgår af aromaen af hjemmelavet mad, der spredes hurtigere gennem et lille område, end det ville være i et større område.
Også, hvis diffusion finder sted mod en koncentrationsgradient, skal der være en eller anden form for energi, der letter diffusionen. Overvej hvordan vand, kuldioxid og ilt let kan krydse cellemembraner ved passiv diffusion (eller osmose, i tilfælde af vand). Men hvis et stort, ikke-lipidopløseligt molekyle skal passere gennem cellemembranen, kræves aktiv transport, hvilket er hvor højenergimolekylet af adenosintrifosfat (ATP) træder ind for at lette diffusionen over cellulære membraner.