Kui olete kunagi jälginud, kuidas aur tormi äravoolust tõuseb ja oma soojuse tõttu õhku tõuseb, siis olete näinud gaasimolekulide difusiooni toimimas.
Kui pihustate ruumi õhuvärskendajat ja pihustatud piirkonna lõhn muutub järk-järgult nõrgemaks, on see tingitud erinevad gaasimolekulid leiavad alati tee kohalikus atmosfääris asuvate kohtade poole, mida on juba vähem nende "eakaaslastel" jõudnud.
Difusioon on üks protsess, mille käigus molekulid liiguvad läbi ruumi. Mõnikord on see ruum õhk, mõnikord on see vedelik ja muul ajal lokaliseeritakse see bioloogilise rakumembraani piirkonnas. Kui poleks erinevaid difusiooni vorme, ei suudaks teie keharakud tegelikult oma tööd teha ning lämbuvad ja nälgivad kiiresti.
Mis on difusioon keemias?
Difusioon on määratletud kui passiivne soluudi (näiteks süsinikdioksiidi molekuli) liikumine läbi läbilaskva membraani. Sõna "passiivne"teeb selles lauses palju tööd; see tähendab, et soluudi ülekandmiseks membraanist teisele poole ei ole vaja süsteemi sisestada energiat.
Mis on läbilaskev membraan? See on nimi barjäärile (tavaliselt bioloogilisele), mis võimaldab molekulidel teatud tingimustel läbida. Difusiooni korral annab energia kontsentratsiooni gradient. Seda seetõttu, et aine kipub liikuma igas võimalikus suunas, kuni aine on ühtlaselt jaotunud kogu ruumis, mis teda ja tema molekulaarseid kohorte piirab.
Difusioonikiirust mõjutavad tegurid
Aine difusioonikiirust mõjutavad paljud tegurid. Pange tähele, et difusioon jätkub loomulikult tasakaalu saavutamiseni ja aine jaotub kogu keskkonnas ühtlaselt. Pange tähele ka seda, et ainete segus on igaühel oma kontsentratsiooni gradient, mida teised ei mõjuta gradiendid selle keskel (ehkki nende erinevate molekulide olemasolu mõjutab nende individuaalseid liikumisi puhtalt tunglemine).
Kontsentratsioonigradiendi tugevus: Nagu võite arvata, mida suurem on kontsentratsiooni erinevus plasmamembraanis, seda kiiremini lahustunud aine selle üle difundeerub. Tasakaalu saavutamisel aeglustub difusioonikiirus.
Molekulide mass: Kergemad molekulid, näiteks CH4(metaan), liiguvad keskmiselt kiiremini kui massiivsemad, näiteks nukleiinhapete (nt DNA) pikad segmendid.
Membraani pindala ja paksus: Kui membraani pindala suureneb, suureneb ka difusiooni kiirus. Kuid paksuse suurenemine aeglustab difusiooni. Mõelge maanteele, kui kiirteele lisatakse rohkem maanteid ilma liiklust suurendamata (suurenenud "pindala"); siis kaaluge iga kitsama tasulise raja tarbetuks muutmise poole miili pikkuse (suurenenud "paksusega") mõju.
Temperatuur: Molekulid, nagu praktiliselt kõik muu, mida te välja mõelda suudate, hajuvad temperatuurina kiiremini suureneb, kuna see suurendab juhuslikku kokkupõrget molekulide vahel ja suurendab difusioon.
Lahustatud polaarsus: Mittepolaarne või lipiidides lahustuv materjalid läbivad plasmamembraane kergemini kui polaarsed materjalid, s.o materjalid, millel on asümmeetriline laengujaotus molekulides, ilma elektrilise laenguta.
Lahusti tihedus: Kui vedeliku tihedus, milles toimub difusioon, suureneb, difusioon aeglustub. See on üks põhjus, miks dehüdratsioon põhjustab probleeme; paksem raku tsütoplasma (raku sisemus) muudab elutähtsate molekulide jaoks raskemaks passiivse chugimise oma ensümaatiliste ja muude sihtkohtade suunas.
Grahami seadus: Kui gaas lahustatakse vedelikus, on antud gaasi suhteline difusioonikiirus otse proportsionaalne selle lahustuvusega selles vedelikus, kuid tagurpidi proportsionaalne molaarmassiga ruutjuurega. Inimese vereplasma inimkehas on süsinikdioksiid küll veidi raskem kui hapnikugaas, kuid selle lahustuvus on 22 korda suurem, mis annab selles tingimustes 19 korda suurema hapniku difusioonikiiruse.
Soluudi tee kaugus: Jällegi, nagu võite arvata, tähendavad lühemad liikumisteed molekulaarse difusiooni kiirust.