Wenn Sie schon einmal gesehen haben, wie Dampf aus einem Gully aufsteigt und aufgrund seiner eigenen Wärme in die Luft aufsteigt, dann haben Sie die Diffusion von Gasmolekülen in Aktion gesehen.
Wenn Sie Lufterfrischer in einen Raum sprühen und der Duft in dem Bereich, in dem Sie gesprüht haben, allmählich schwächer wird, ist dies das Ergebnis von unterschiedliche Gasmoleküle finden unweigerlich ihren Weg zu Orten in der lokalen Atmosphäre, die weniger ihrer "Kollegen" bereits haben erreicht.
Diffusion ist ein Prozess, bei dem sich Moleküle durch den Raum bewegen. Manchmal ist dieser Raum Luft, manchmal ist er flüssig und manchmal ist er im Bereich einer biologischen Zellmembran lokalisiert. Ohne verschiedene Formen der Diffusion wären die Zellen Ihres Körpers nicht in der Lage, ihre Aufgaben zu erfüllen und würden schnell ersticken und verhungern.
Was ist Diffusion in der Chemie?
Diffusion ist definiert als die passiv Bewegung eines gelösten Stoffes (z. B. eines Kohlendioxidmoleküls) durch eine durchlässige Membran. Das Wort "
passiv" macht viel Arbeit in diesem Satz; das bedeutet, dass keine Energie in das System eingebracht werden muss, um den gelösten Stoff über die Membran auf die andere Seite zu drängen.Was ist eine durchlässige Membran? Dies ist eine Bezeichnung für eine (normalerweise biologische) Barriere, die Moleküle unter bestimmten Bedingungen passieren lässt. Bei der Diffusion wird die Energie durch den Konzentrationsgradienten geliefert. Dies liegt daran, dass eine Substanz dazu neigt, sich in jede mögliche Richtung zu bewegen, bis die Substanz gleichmäßig über den Raum verteilt ist, der sie und ihre molekularen Kohorten einschließt.
Faktoren, die die Diffusionsrate beeinflussen
Die Diffusionsgeschwindigkeit eines Stoffes wird von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst. Beachten Sie, dass die Diffusion natürlich fortgesetzt wird, bis ein Gleichgewicht erreicht ist und die Substanz gleichmäßig in ihrem Medium verteilt ist. Beachten Sie auch, dass in einem Stoffgemisch jeder seinen eigenen Konzentrationsgradienten hat, der von anderen nicht beeinflusst wird Gradienten in seiner Mitte (obwohl die Anwesenheit dieser verschiedenen Moleküle ihre individuellen Bewegungen durch bloße Gedränge).
Stärke des Konzentrationsgradienten: Wie zu erwarten, diffundiert der gelöste Stoff umso schneller, je größer der Konzentrationsunterschied über eine Plasmamembran ist. Bei Annäherung an das Gleichgewicht verlangsamt sich die Diffusionsgeschwindigkeit.
Masse der Moleküle: Leichtere Moleküle wie CH4(Methan), bewegen sich im Durchschnitt schneller als massivere, wie lange Segmente von Nukleinsäuren (z. B. DNA).
Fläche und Dicke der Membran: Mit zunehmender Fläche der Membran nimmt auch die Diffusionsrate zu. Aber eine zunehmende Dicke verlangsamt die Diffusion. Denken Sie an die Auswirkung auf den Verkehrsfluss auf Autobahnen, wenn mehr Mautstraßen zu einer Autobahn hinzugefügt werden, ohne den Verkehr zu erhöhen (vergrößerte "Fläche"); Berücksichtigen Sie dann den Effekt, dass jede schmale Mautspur unnötigerweise eine halbe Meile lang ist (erhöhte "Dicke").
Temperatur: Moleküle neigen, wie praktisch alles, was Sie sich vorstellen können, dazu, schneller zu diffundieren als die Temperatur erhöht, da dies die zufällige Kollision zwischen Molekülen erhöht und die Geschwindigkeit von. erhöht Diffusion.
Gelöste Polarität: Unpolar oder fettlöslich Materialien passieren Plasmamembranen leichter als polare Materialien, d. h. Materialien, die asymmetrische Ladungsverteilungen über Moleküle ohne elektrische Nettoladung aufweisen.
Dichte des Lösungsmittels: Wenn die Dichte der Flüssigkeit, in der die Diffusion stattfindet, zunimmt, verlangsamt sich die Diffusion. Dies ist ein Grund, warum Dehydration Probleme verursacht; ein dickeres Zellzytoplasma (Zellinneres) erschwert es lebenswichtigen Molekülen, passiv zu ihren enzymatischen und anderen Zielen zu tuckern.
Grahams Gesetz: Wenn ein Gas in einer Flüssigkeit gelöst ist, ist die relative Diffusionsgeschwindigkeit eines bestimmten Gases direkt proportional zu seiner Löslichkeit in dieser Flüssigkeit, aber umgekehrt proportional zur Quadratwurzel seiner Molmasse. Im menschlichen Blutplasma-Körper ist Kohlendioxid etwas schwerer als Sauerstoffgas, aber seine Löslichkeit ist 22-mal höher, was ihm die 19-fache Diffusionsrate von Sauerstoff in dieser Einstellung ergibt.
Entfernung des gelösten Pfades: Auch hier implizieren, wie Sie sich vorstellen können, kürzere Reisewege schnellere molekulare Diffusionsraten.