La difusión se produce debido al movimiento de las partículas. Las partículas en movimiento aleatorio, como las moléculas de gas, chocan entre sí, siguiendo el movimiento browniano, hasta que se dispersan uniformemente en un área determinada. La difusión es entonces el flujo de moléculas desde un área de alta concentración a la de baja concentración, hasta que se alcanza el equilibrio. En resumen, la difusión describe un gas, líquido o sólido que se dispersa por un espacio particular o por una segunda sustancia. Los ejemplos de difusión incluyen un aroma de perfume que se extiende por una habitación o una gota de colorante alimentario verde que se dispersa en una taza de agua. Hay varias formas de calcular las tasas de difusión.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
Recuerde que el término "tasa" se refiere al cambio en una cantidad a lo largo del tiempo.
Ley de difusión de Graham
A principios del siglo XIX, el químico escocés Thomas Graham (1805-1869) descubrió la relación cuantitativa que ahora lleva su nombre. La ley de Graham establece que la tasa de difusión de dos sustancias gaseosas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de sus masas molares. Se llegó a esta relación, dado que todos los gases que se encuentran a la misma temperatura exhiben la misma energía cinética promedio, tal como se entiende en la Teoría Cinética de los Gases. En otras palabras, la ley de Graham es una consecuencia directa de que las moléculas gaseosas tienen la misma energía cinética promedio cuando están a la misma temperatura. Para la ley de Graham, la difusión describe la mezcla de gases y la velocidad de difusión es la velocidad de esa mezcla. Tenga en cuenta que la ley de difusión de Graham también se llama ley de efusión de Graham, porque la efusión es un caso especial de difusión. La efusión es el fenómeno cuando las moléculas gaseosas escapan a través de un pequeño orificio hacia un vacío, espacio o cámara evacuada. La tasa de efusión mide la velocidad a la que ese gas se transfiere a ese vacío, espacio o cámara evacuada. Entonces, una forma de calcular la tasa de difusión o la tasa de efusión en un problema verbal es hacer cálculos basados en Ley de Graham, que expresa la relación entre masas molares de gases y su difusión o derrame. tarifas.
Leyes de difusión de Fick
A mediados del siglo XIX, el médico y fisiólogo nacido en Alemania Adolf Fick (1829-1901) formuló un conjunto de leyes que rigen el comportamiento de un gas que se difunde a través de una membrana fluida. La Primera Ley de Difusión de Fick establece que el flujo, o el movimiento neto de partículas en un área específica dentro de un período de tiempo específico, es directamente proporcional a la pendiente del gradiente. La primera ley de Fick se puede escribir como:
flujo = -D (dC ÷ dx)
donde (D) se refiere al coeficiente de difusión y (dC / dx) es el gradiente (y es una derivada en cálculo). Entonces, la Primera Ley de Fick establece fundamentalmente que el movimiento aleatorio de partículas del movimiento browniano conduce a la deriva o dispersión de partículas de regiones de alta concentración a bajas concentraciones, y esa tasa de deriva, o tasa de difusión, es proporcional a la gradiente de densidad, pero en la dirección opuesta a ese gradiente (que explica el signo negativo delante de la difusión constante). Si bien la Primera Ley de Difusión de Fick describe cuánto flujo hay, de hecho es la Segunda Ley de Fick de Difusión que describe con más detalle la velocidad de difusión, y toma la forma de un diferencial parcial. ecuación. La segunda ley de Fick se describe mediante la fórmula:
T = (1 ÷ [2D]) x2
lo que significa que el tiempo de difusión aumenta con el cuadrado de la distancia, x. Esencialmente, la Primera y Segunda Leyes de Difusión de Fick proporcionan información sobre cómo los gradientes de concentración afectan las velocidades de difusión. Curiosamente, la Universidad de Washington ideó una canción como mnemotécnica para ayudar a recordar cómo las ecuaciones de Fick ayudan a calcular la velocidad de difusión: "Fick dice qué tan rápido una molécula difuso. Delta P multiplicado por A multiplicado por k sobre D es la ley a utilizar…. La diferencia de presión, el área de la superficie y la constante k se multiplican. Están divididos por barrera de difusión para determinar la tasa exacta de difusión ".
Otros datos interesantes sobre las tasas de difusión
La difusión puede ocurrir en sólidos, líquidos o gases. Por supuesto, la difusión se produce más rápidamente en los gases y más lenta en los sólidos. Asimismo, las velocidades de difusión pueden verse afectadas por varios factores. El aumento de temperatura, por ejemplo, acelera las tasas de difusión. De manera similar, la partícula que se difunde y el material en el que se difunde pueden influir en las velocidades de difusión. Observe, por ejemplo, que las moléculas polares se difunden más rápidamente en medios polares, como el agua, mientras que las moléculas no polares son inmiscibles y, por lo tanto, tienen dificultades para difundirse en el agua. La densidad del material es otro factor que afecta las velocidades de difusión. Es comprensible que los gases más pesados se difundan mucho más lentamente en comparación con sus homólogos más ligeros. Además, el tamaño del área de interacción puede afectar las tasas de difusión, evidenciado por el aroma de la cocina casera que se dispersa a través de un área pequeña más rápido de lo que lo haría en un área más grande.
Además, si la difusión tiene lugar contra un gradiente de concentración, debe haber alguna forma de energía que facilite la difusión. Considere cómo el agua, el dióxido de carbono y el oxígeno pueden atravesar fácilmente las membranas celulares por difusión pasiva (u ósmosis, en el caso del agua). Pero si una molécula grande, no soluble en lípidos tiene que atravesar la membrana celular, entonces se requiere un transporte activo, que es donde interviene la molécula de alta energía de trifosfato de adenosina (ATP) para facilitar la difusión a través de las membranas celulares.