Diffuusio tapahtuu hiukkasten satunnaisen liikkeen vuoksi. Se tapahtuu yleensä pitoisuusgradientin vuoksi, mikä tarkoittaa, että molekyylit siirtyvät korkean pitoisuuden alueelta pienemmän pitoisuuden alueelle.
Esimerkki näkyy yllä olevassa kuvassa. Kun liuokseen lisätään väriainetta, se diffundoituu ajan myötä. Aluksi näet sinisiä raitoja liuoksen läpi, kunnes lopulta koko liuos muuttuu siniseksi, koska väriaineen pitoisuus on sama kaikkialla. Tässä vaiheessa, vaikka väriainemolekyylit liikkuvat edelleen, et voi havaita sitä, koska sininen väriaine on diffundoitunut ja värittänyt koko nestemäärän.
Diffuusio on siten a passiivinen prosessi (tarkoittaen, että se ei vaadi energian syöttämistä). Aine siirtyy alueelta, jolla on suuri pitoisuus, pienemmälle alueelle. Tämä liike jatkuu, kunnes aineen pitoisuus tasaantuu. Kun pitoisuus on tasaantunut, aine liikkuu edelleen, mutta sillä ei enää ole pitoisuusgradienttia. Tätä tilaa kutsutaan dynaamisessa tasapainossa.
Mitkä tekijät vaikuttavat diffuusionopeuteen?
Molekyylit liikkuvat jatkuvasti niiden lämpöenergian määrän vuoksi. Tähän liikkeeseen vaikuttaa hiukkasen koko ja ympäristö, jossa hiukkanen on. Hiukkaset liikkuvat aina väliaineessa, mutta monet tekijät voivat vaikuttaa diffuusion kokonaisnopeuteen.
Keskittyminen: Molekyylien diffuusio riippuu täysin siirtymisestä korkeamman konsentraation alueelta matalamman konsentraation alueelle. Toisin sanoen diffuusio tapahtuu kyseisen molekyylin pitoisuusgradientissa. Jos pitoisuusero on suurempi, molekyylit laskevat pitoisuusgradienttia nopeammin. Jos pitoisuuserossa ei ole yhtä suurta, molekyylit eivät liiku yhtä nopeasti ja diffuusionopeus laskee.
Lämpötila: Hiukkaset liikkuvat niihin liittyvän kineettisen energian ansiosta. Lämpötilan kasvaessa myös kullekin hiukkaselle liittyvä kineettinen energia kasvaa. Tämän seurauksena hiukkaset liikkuvat nopeammin. Jos he voivat liikkua nopeammin, he voivat myös levitä nopeammin. Päinvastoin, kun molekyyleihin liittyvä kineettinen energia vähenee, niin niiden liike myös vähenee. Tämän seurauksena diffuusionopeus on hitaampi.
Hiukkasten massa: Raskemmat hiukkaset liikkuvat hitaammin, joten diffuusioaste on hitaampaa. Toisaalta pienemmät hiukkaset diffundoituvat nopeammin, koska ne voivat liikkua nopeammin. Kuten kaikkien diffuusioon vaikuttavien tekijöiden avain, hiukkasen liike on ensisijaisen tärkeää määritettäessä, hidastetaanko diffuusiota vai nopeutetaanko sitä.
Liuottimen ominaisuudet: Viskositeetti ja tiheys vaikuttavat suuresti diffuusioon. Jos väliaine, jonka läpi tietyn hiukkasen on diffundoitava, on hyvin tiheä tai viskoosi, hiukkasella on vaikeampi aika diffundoitua sen läpi. Joten diffuusionopeus on pienempi. Jos väliaine on vähemmän tiheä tai vähemmän viskoosi, hiukkaset voivat liikkua nopeammin ja diffundoituvat nopeammin.
Kaikilla diffuusioon vaikuttavilla tekijöillä voi olla yhdistetty vaikutus. Esimerkiksi pieni ioni voi diffundoitua nopeammin viskoosisen liuoksen kautta kuin suuri sokerimolekyyli. Ionin koko on pienempi ja se pystyy siten liikkumaan nopeammin. Suuri sokerimolekyyli liikkuu hitaammin koonsa vuoksi. Liuoksen viskositeetti vaikuttaa molempiin, mutta se yhdistää hidastuneen diffuusion, jonka suurempi molekyyli käy läpi.
Vinkkejä
Mikä tahansa tekijä, joka nopeuttaa hiukkasten liikkumista väliaineen läpi, johtaa diffuusionopeuteen nopeammin.