Si vous avez déjà vu de la vapeur s'élever d'un collecteur d'eaux pluviales et disparaître de la vue lorsqu'elle s'élève dans l'air en raison de sa propre chaleur, vous avez vu la diffusion de molécules de gaz en action.
Lorsque vous vaporisez un assainisseur d'air dans une pièce et que l'odeur dans la zone où vous avez vaporisé s'affaiblit progressivement, c'est le résultat de différentes molécules de gaz trouvent invariablement leur chemin vers des endroits de l'atmosphère locale que moins de leurs « pairs » ont déjà parvenu.
La diffusion est un processus par lequel les molécules se déplacent dans l'espace. Tantôt cet espace est de l'air, tantôt il est liquide, et d'autres fois encore il est localisé dans la zone d'une membrane cellulaire biologique. Sans diverses formes de diffusion, en effet, les cellules de votre corps seraient incapables de faire leur travail et suffoqueraient et mourraient rapidement de faim.
Qu'est-ce que la diffusion en chimie?
La diffusion est définie comme la passif
mouvement d'un soluté (comme une molécule de dioxyde de carbone) à travers une membrane perméable. Le mot "passif" fait beaucoup de travail dans cette phrase; cela signifie qu'aucune énergie n'a besoin d'être injectée dans le système pour cajoler le soluté à travers la membrane de l'autre côté.Qu'est-ce qu'une membrane perméable? C'est le nom d'une barrière (généralement biologique) qui permet aux molécules de passer sous certaines conditions. Avec la diffusion, l'énergie est fournie par le gradient de concentration. En effet, une substance a tendance à se déplacer dans n'importe quelle direction jusqu'à ce que la substance soit uniformément répartie dans tout l'espace qui la confine et ses cohortes moléculaires.
Facteurs affectant le taux de diffusion
La vitesse de diffusion d'une substance est influencée par une multitude de facteurs. Notez que la diffusion se poursuit naturellement jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint, et la substance est uniformément répartie dans tout son milieu. Sachez également que dans un mélange de substances, chacune a son propre gradient de concentration qui n'est pas affecté par les autres gradients en son sein (bien que la présence de ces différentes molécules affecte leurs mouvements individuels par de simples encombrement).
Force du gradient de concentration: Comme on peut s'y attendre, plus la différence de concentration à travers une membrane plasmique est grande, plus le soluté diffusera rapidement à travers elle. Lorsque l'équilibre est approché, la vitesse de diffusion ralentit.
Masse des molécules: Molécules plus légères, comme le CH4(méthane), se déplacent plus rapidement en moyenne que les plus massifs, tels que de longs segments d'acides nucléiques (par exemple, l'ADN).
Superficie et épaisseur de la membrane: Au fur et à mesure que la surface de la membrane augmente, la vitesse de diffusion augmente également. Mais l'augmentation de l'épaisseur ralentit la diffusion. Pensez à l'effet sur le flux de véhicules routiers de l'ajout d'autoroutes à péage sans augmenter le trafic (augmentation de la « zone »); puis considérez l'effet de faire inutilement chaque voie de péage étroite d'un demi-mile de long (augmentation de "l'épaisseur").
Température: Les molécules, comme pratiquement tout ce à quoi vous pouvez penser, ont tendance à diffuser plus rapidement que la température augmente, car cela augmente la collision aléatoire entre les molécules et augmente le taux de la diffusion.
Polarité du soluté: Non polaire ou alors liposoluble les matériaux traversent plus facilement les membranes plasmiques que les matériaux polaires, c'est-à-dire les matériaux qui ont des distributions de charge asymétriques à travers les molécules sans charge électrique nette.
Densité du solvant: Au fur et à mesure que la densité du fluide dans lequel se produit la diffusion augmente, la diffusion ralentit. C'est l'une des raisons pour lesquelles la déshydratation cause des problèmes; un cytoplasme cellulaire plus épais (intérieur de la cellule) rend plus difficile pour les molécules vitales de se diriger passivement vers leurs destinations enzymatiques et autres.
La loi de Graham : Lorsqu'un gaz est dissous dans un liquide, la vitesse relative de diffusion d'un gaz donné est directement proportionnel à sa solubilité dans ce liquide, mais inversement proportionnel à la racine carrée de sa masse molaire. Dans le plasma sanguin du corps humain, le dioxyde de carbone est légèrement plus lourd que l'oxygène gazeux, mais sa solubilité est 22 fois plus grande, ce qui lui donne 19 fois le taux de diffusion de l'oxygène dans ce cadre.
Distance du chemin du soluté: Encore une fois, comme vous pouvez le deviner, des trajets plus courts impliquent des taux de diffusion moléculaire plus rapides.