कण गति के कारण विसरण होता है। यादृच्छिक गति में कण, गैस के अणुओं की तरह, ब्राउनियन गति के बाद एक दूसरे से टकराते हैं, जब तक कि वे किसी दिए गए क्षेत्र में समान रूप से फैल नहीं जाते। प्रसार तब उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से कम सांद्रता वाले क्षेत्र में अणुओं का प्रवाह होता है, जब तक कि संतुलन नहीं हो जाता। संक्षेप में, प्रसार एक विशेष स्थान या दूसरे पदार्थ में गैस, तरल या ठोस फैलाव का वर्णन करता है। प्रसार के उदाहरणों में पूरे कमरे में फैलती हुई इत्र की सुगंध, या एक कप पानी में फैले हरे रंग के खाद्य रंग की एक बूंद शामिल है। प्रसार दरों की गणना करने के कई तरीके हैं।
टीएल; डीआर (बहुत लंबा; पढ़ा नहीं)
याद रखें कि "दर" शब्द समय के साथ मात्रा में परिवर्तन को दर्शाता है।
ग्राहम का विसरण का नियम
१९वीं शताब्दी की शुरुआत में, स्कॉटिश रसायनज्ञ थॉमस ग्राहम (१८०५-१८६९) ने मात्रात्मक संबंध की खोज की जो अब उनके नाम पर है। ग्राहम का नियम कहता है कि दो गैसीय पदार्थों की प्रसार दर उनके दाढ़ द्रव्यमान के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती होती है। इस संबंध को प्राप्त किया गया था, यह देखते हुए कि समान तापमान पर पाई जाने वाली सभी गैसें समान औसत गतिज ऊर्जा प्रदर्शित करती हैं, जैसा कि गैसों के काइनेटिक सिद्धांत में समझा जाता है। दूसरे शब्दों में, ग्राहम का नियम समान तापमान पर होने पर समान औसत गतिज ऊर्जा वाले गैसीय अणुओं का प्रत्यक्ष परिणाम है। ग्राहम के नियम के लिए, प्रसार गैसों के मिश्रण का वर्णन करता है, और प्रसार दर उस मिश्रण की दर है। ध्यान दें कि ग्राहम के प्रसार के नियम को ग्राहम के प्रवाह का नियम भी कहा जाता है, क्योंकि प्रवाह प्रसार का एक विशेष मामला है। इफ्यूजन वह घटना है जब गैसीय अणु एक छोटे से छेद से निर्वात, खाली स्थान या कक्ष में भाग जाते हैं। प्रवाह दर उस गति को मापती है जिसके द्वारा उस गैस को उस निर्वात, खाली स्थान या कक्ष में स्थानांतरित किया जाता है। तो एक शब्द समस्या में प्रसार दर या प्रवाह दर की गणना करने का एक तरीका यह है कि गणना के आधार पर गणना की जाए ग्राहम का नियम, जो गैसों के दाढ़ द्रव्यमान और उनके प्रसार या प्रवाह के बीच संबंध को व्यक्त करता है दरें।
फिक के प्रसार के नियम
19वीं शताब्दी के मध्य में, जर्मन में जन्मे चिकित्सक और शरीर विज्ञानी एडॉल्फ फिक (1829-1901) ने एक द्रव झिल्ली में फैलने वाली गैस के व्यवहार को नियंत्रित करने वाले कानूनों का एक समूह तैयार किया। फिक के प्रसार के पहले नियम में कहा गया है कि एक विशिष्ट क्षेत्र में एक विशिष्ट अवधि के भीतर प्रवाह, या कणों की शुद्ध गति, ढाल की स्थिरता के सीधे आनुपातिक है। फिक का पहला नियम इस प्रकार लिखा जा सकता है:
फ्लक्स = -D(dC dx)
जहां (डी) प्रसार गुणांक को संदर्भित करता है और (डीसी/डीएक्स) ढाल है (और कैलकुस में व्युत्पन्न है)। तो फिक का पहला नियम मौलिक रूप से बताता है कि ब्राउनियन गति से यादृच्छिक कण आंदोलन के बहाव या फैलाव की ओर जाता है उच्च सांद्रता वाले क्षेत्रों से कम सांद्रता वाले कण - और वह बहाव दर, या प्रसार दर, के समानुपाती होता है घनत्व का ढाल, लेकिन उस ढाल के विपरीत दिशा में (जो प्रसार के सामने नकारात्मक संकेत के लिए जिम्मेदार है लगातार)। जबकि फिक का डिफ्यूजन का पहला नियम बताता है कि कितना प्रवाह है, यह वास्तव में फिक का दूसरा कानून है प्रसार जो आगे प्रसार की दर का वर्णन करता है, और यह आंशिक अंतर का रूप लेता है समीकरण फिक का दूसरा नियम सूत्र द्वारा वर्णित है:
टी = (1 ÷ [२डी])एक्स2
जिसका अर्थ है कि दूरी के वर्ग x के साथ विसरित होने का समय बढ़ता है। अनिवार्य रूप से, फिक के प्रसार के पहले और दूसरे नियम इस बात की जानकारी प्रदान करते हैं कि कैसे एकाग्रता प्रवणता प्रसार दर को प्रभावित करती है। दिलचस्प रूप से पर्याप्त है, वाशिंगटन विश्वविद्यालय ने याद रखने में मदद करने के लिए एक स्मृति चिन्ह के रूप में एक किटी तैयार की फिक के समीकरण प्रसार दर की गणना में कैसे सहायता करते हैं: "फिक कहता है कि एक अणु कितनी जल्दी होगा फैलाना डेल्टा P गुना A गुना k ओवर D प्रयोग करने का नियम है…. दबाव अंतर, सतह क्षेत्र और स्थिरांक k को एक साथ गुणा किया जाता है। प्रसार की सटीक दर निर्धारित करने के लिए उन्हें प्रसार अवरोध से विभाजित किया जाता है।"
प्रसार दरों के बारे में अन्य रोचक तथ्य
प्रसार ठोस, तरल या गैसों में हो सकता है। बेशक, गैसों में प्रसार सबसे तेज होता है और ठोस पदार्थों में सबसे धीमा होता है। प्रसार दर इसी तरह कई कारकों से प्रभावित हो सकती है। उदाहरण के लिए, बढ़ा हुआ तापमान, प्रसार दर को गति देता है। इसी तरह, कण विसरित किया जा रहा है और जिस सामग्री में यह फैल रहा है वह प्रसार दर को प्रभावित कर सकता है। उदाहरण के लिए, ध्यान दें कि ध्रुवीय अणु पानी की तरह ध्रुवीय मीडिया में तेजी से फैलते हैं, जबकि गैर-ध्रुवीय अणु अमिश्रणीय होते हैं और इसलिए पानी में फैलने में कठिनाई होती है। सामग्री का घनत्व प्रसार दर को प्रभावित करने वाला एक अन्य कारक है। जाहिर है, भारी गैसें अपने हल्के समकक्षों की तुलना में कहीं अधिक धीरे-धीरे फैलती हैं। इसके अलावा, बातचीत के क्षेत्र का आकार प्रसार दर को प्रभावित कर सकता है, जो कि एक बड़े क्षेत्र की तुलना में एक छोटे से क्षेत्र में तेजी से फैलने वाली घरेलू खाना पकाने की सुगंध से प्रमाणित है।
इसके अलावा, अगर प्रसार एक एकाग्रता ढाल के खिलाफ होता है, तो ऊर्जा का कोई न कोई रूप होना चाहिए जो प्रसार को सुविधाजनक बनाता है। विचार करें कि कैसे पानी, कार्बन डाइऑक्साइड और ऑक्सीजन निष्क्रिय प्रसार (या पानी के मामले में परासरण) द्वारा कोशिका झिल्ली को आसानी से पार कर सकते हैं। लेकिन अगर एक बड़े, गैर-लिपिड घुलनशील अणु को कोशिका झिल्ली से गुजरना पड़ता है, तो सक्रिय परिवहन की आवश्यकता होती है, जो है जहां एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) का उच्च-ऊर्जा अणु सेलुलर झिल्ली में प्रसार को सुविधाजनक बनाने के लिए कदम रखता है।