Jos olet koskaan nähnyt höyryn nousevan myrskyvuodosta ja katoavan näkyvistä, kun se nousee ilmaan oman lämpönsä vuoksi, olet nähnyt kaasumolekyylien diffuusion toiminnassa.
Kun suihkutat ilmanraikastinta huoneeseen ja tuoksun alueella, jolla ruiskutit, heikkenee vähitellen, tämä on seurausta erilaiset kaasumolekyylit löytävät poikkeuksetta tiensä kohti paikallisen ilmakehän paikkoja, joihin jo harvemmilla heidän "ikäisillään" on saavuttanut.
Diffuusio on yksi prosessi, jolla molekyylit liikkuvat avaruuden läpi. Joskus tämä tila on ilmaa, joskus se on nestemäistä, ja toisinaan se on lokalisoitu biologisen solukalvon alueelle. Jos ei olisi erilaisia diffuusiomalleja, itse asiassa kehosi solut eivät pystyisi tekemään töitään ja tukehtuvat nopeasti ja nälkään.
Mikä on diffuusio kemiassa?
Diffuusio määritellään passiivinen liuenneen aineen (kuten hiilidioksidimolekyylin) liike läpäisevän membraanin läpi. Sana "passiivinen"tekee paljon työtä tässä lauseessa; se tarkoittaa, että järjestelmään ei tarvitse laittaa energiaa liuenneen aineen siirtämiseksi kalvon yli toiselle puolelle.
Mikä on läpäisevä kalvo? Tämä on nimi esteelle (yleensä biologiselle), joka sallii molekyylien kulkea tietyissä olosuhteissa. Diffuusion avulla energia syötetään pitoisuusgradientilla. Tämä johtuu siitä, että aineella on taipumus liikkua mihin suuntaan tahansa, kunnes aine on jakautunut tasaisesti kaikkialle, mikä tilaa ja sen molekyylikohortteja rajoittaa.
Diffuusionopeuteen vaikuttavat tekijät
Aineen diffuusionopeuteen vaikuttavat monet tekijät. Huomaa, että diffuusio jatkuu luonnollisesti, kunnes tasapaino on saavutettu ja aine jakautuu tasaisesti koko väliaineeseen. Huomaa myös, että aineiden seoksessa kullakin on oma pitoisuusgradienttinsa, johon muut eivät vaikuta kaltevuudet sen keskellä (vaikka näiden eri molekyylien läsnäolo vaikuttaa niiden yksittäisiin liikkeisiin pelkän läpi tungosta).
Pitoisuusgradientin vahvuus: Kuten voit odottaa, mitä suurempi pitoisuusero plasmamembraanissa on, sitä nopeammin liuoteaine diffundoituu sen yli. Tasapainon lähestyessä diffuusionopeus hidastuu.
Molekyylien massa: Kevyemmät molekyylit, kuten CH4(metaani), liikkuvat keskimäärin nopeammin kuin massiivisemmat, kuten pitkät nukleiinihapposegmentit (esim. DNA).
Kalvon pinta-ala ja paksuus: Kun kalvon pinta-ala kasvaa, diffuusionopeus kasvaa. Mutta kasvava paksuus hidastaa diffuusiota. Ajattele vaikutusta maantieajoneuvojen virtaukseen lisäämällä moottoriteille enemmän tietä lisäämättä liikennettä (lisääntynyt "alue"); Harkitse sitten vaikutusta, että jokaisesta kapeasta tietullista tehdään tarpeettomasti puolen mailin pituinen (lisääntynyt "paksuus").
Lämpötila: Molekyylit, kuten käytännöllisesti katsoen kaikki muu mitä ajatella, hajoavat yleensä nopeammin lämpötilana kasvaa, koska tämä lisää molekyylien satunnaista törmäystä ja lisää diffuusio.
Liukeneva napaisuus: Ei-napainen tai lipidiliukoinen materiaalit kulkevat helpommin plasmakalvojen läpi kuin polaariset materiaalit, ts. materiaalit, joilla on epäsymmetrinen varauksen jakautuminen molekyylien välillä ilman nettosähkövarausta.
Liuottimen tiheys: Kun diffuusionesteen tiheys kasvaa, diffuusio hidastuu. Tämä on yksi syy dehydraatio aiheuttaa ongelmia; paksumpi solusytoplasma (solun sisätila) vaikeuttaa elintärkeiden molekyylien halkeilua passiivisesti kohti entsymaattisia ja muita kohteita.
Grahamin laki: Kun kaasu liuotetaan nesteeseen, tietyn kaasun suhteellinen diffuusionopeus on suoraan verrannollinen sen liukoisuuteen kyseiseen nesteeseen, mutta käänteisesti verrannollinen sen moolimassan neliöjuureen. Veriplasman ihmiskehossa hiilidioksidi on hieman raskaampaa kuin happikaasu, mutta sen liukoisuus on 22 kertaa suurempi, mikä antaa sille 19-kertaisen hapen diffuusionopeuden tässä ympäristössä.
Liukenevan aineen reitin etäisyys: Jälleen, kuten arvata saattaa, lyhyemmät matkareitit tarkoittavat molekyylidiffuusion nopeutta.