Difusioon toimub osakeste liikumise tõttu. Juhusliku liikumisega osakesed, nagu gaasimolekulid, põrkuvad Browni liikumise järel üksteise vastu, kuni nad levivad etteantud piirkonnas ühtlaselt. Difusioon on siis molekulide voog suure kontsentratsiooniga piirkonnast madala kontsentratsiooniga piirkonda kuni tasakaalu saavutamiseni. Lühidalt öeldes kirjeldab difusioon gaasi, vedeliku või tahke aine dispergeerumist kogu kindlas ruumis või teises aines. Difusiooninäidete hulka kuuluvad parfüümi aroom, mis levib kogu ruumis, või tilk rohelist toiduvärvi, mis hajub tassi veega. Seal on mitmeid viise difusioonikiiruste arvutamiseks.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Pidage meeles, et mõiste "määr" viitab koguse muutumisele ajas.
Grahami difusiooni seadus
19. sajandi alguses avastas Šoti keemik Thomas Graham (1805–1869) kvantitatiivse seose, mis nüüd tema nime kannab. Grahami seadus ütleb, et kahe gaasilise aine difusioonikiirus on pöördvõrdeline nende molaarmasside ruutjuurega. Selle seoseni jõuti, arvestades, et kõigil samal temperatuuril leitud gaasidel on sama keskmine kineetiline energia, nagu on mõistetud gaaside kineetilises teoorias. Teisisõnu, Grahami seadus on otsene tagajärg gaasimolekulidele, millel on sama keskmine kineetiline energia, kui nad asuvad samal temperatuuril. Grahami seaduse järgi kirjeldab difusioon gaaside segunemist ja difusiooni kiirus on selle segunemise kiirus. Pange tähele, et Grahami difusiooniseadust nimetatakse ka Grahami efusiooniseaduseks, kuna efusioon on difusiooni erijuhtum. Efusioon on nähtus, kui gaasilised molekulid pääsevad läbi väikese augu vaakumisse, evakueeritud ruumi või kambrisse. Efusioonikiirus mõõdab gaasi viimist vaakumisse, tühjendatud ruumi või kambrisse. Nii et difusioonikiiruse või efusioonikiiruse arvutamiseks tekstülesandes on arvutuste tegemine selle põhjal Grahami seadus, mis väljendab gaaside molaarmasside ja nende difusiooni või efusiooni suhet määrad.
Ficki levitamise seadused
19. sajandi keskel sõnastas Saksamaal sündinud arst ja füsioloog Adolf Fick (1829–1901) seaduste kogumi, mis reguleeris vedeliku membraanis hajuva gaasi käitumist. Ficki esimene difusiooniseadus ütleb, et voog ehk osakeste netoliikumine kindlas piirkonnas kindlas ajavahemikus on otseselt proportsionaalne gradiendi järsusega. Ficki esimese seaduse võib kirjutada järgmiselt:
voog = -D (dC ÷ dx)
kus (D) viitab difusioonikoefitsiendile ja (dC / dx) on gradient (ja on tuletis arvutusest). Nii väidab Ficki esimene seadus põhimõtteliselt, et osakeste juhuslik liikumine Browni liikumisest toob kaasa osakesed kõrge kontsentratsiooniga piirkondadest madala kontsentratsioonini - ja see triivimiskiirus ehk difusioonikiirus on proportsionaalne tiheduse gradient, kuid selle gradiendiga (mis moodustab difusiooni ees oleva negatiivse märgi) vastupidises suunas konstantne). Kui Ficki esimene difusiooniseadus kirjeldab, kui palju voogu on, siis tegelikult on see Ficki teine seadus Difusioon, mis kirjeldab veelgi difusiooni kiirust ja see toimub osalise diferentsiaalina võrrand. Ficki teist seadust kirjeldatakse valemiga:
T = (1 ÷ [2D]) x2
mis tähendab, et hajumise aeg pikeneb kauguse ruuduga x. Põhimõtteliselt annavad Ficki esimene ja teine difusiooniseadus teavet selle kohta, kuidas kontsentratsioonigradientid mõjutavad difusiooni kiirust. Huvitav on see, et Washingtoni ülikool mõtles mälestuse hõlbustamiseks välja mälu kuidas aitavad Ficki võrrandid difusioonikiiruse arvutamisel: „Fick ütleb, kui kiiresti molekul seda teeb hajus. Delta P korda A korda k üle D on seadus, mida kasutada... Rõhu erinevus, pindala ja konstant k korrutatakse kokku. Täpse difusiooni kiiruse määramiseks jagatakse need difusioonibarjääri järgi. "
Muud huvitavad faktid difusioonimäärade kohta
Difusioon võib toimuda tahketes ainetes, vedelikes või gaasides. Muidugi toimub difusioon kõige kiiremini gaasides ja kõige aeglasem tahketes ainetes. Samuti võivad difusiooni määra mõjutada mitmed tegurid. Näiteks temperatuuri tõus kiirendab difusiooni kiirust. Samamoodi võivad difusioonikiirust mõjutada hajutatav osake ja materjal, milleks see hajub. Pange tähele näiteks, et polaarsed molekulid difundeeruvad kiiremini polaarsetes keskkondades nagu vesi, samas kui mittepolaarsed molekulid ei segune ja seeläbi on vees difundeerimine keeruline. Materjali tihedus on veel üks difusiooni kiirust mõjutav tegur. Mõistetavalt difundeerivad raskemad gaasid palju aeglasemalt kui nende kergemad analoogid. Pealegi võib interaktsiooniala suurus mõjutada difusiooni kiirust, mida tõendab koduse toiduvalmistamise aroom, mis hajub väikesel alal kiiremini kui suuremal alal.
Samuti, kui difusioon toimub kontsentratsiooni gradiendi vastu, peab difusiooni hõlbustama ka mingi energiavorm. Mõelge, kuidas vesi, süsinikdioksiid ja hapnik saavad passiivse difusiooni (või vee korral osmoosi) kaudu rakumembraane hõlpsalt läbida. Kui aga rakumembraanist peab läbi minema suur, mitte lipiidides lahustuv molekul, on vaja aktiivset transporti, mis on kus adenosiinitrifosfaadi (ATP) suure energiaga molekul astub sisse, et hõlbustada difusiooni rakumembraanide vahel.