Ako ste ikada gledali kako se para odvodi iz olujnog odvoda i nestaje s vidika dok se uspinje u zrak zahvaljujući vlastitoj toplini, vidjeli ste difuziju molekula plina na djelu.
Kada prskate osvježivač zraka u prostoriju, a miris u području gdje ste prskali postaje postupno slabiji, to je rezultat različite molekule plina nepromjenjivo pronalaze put prema mjestima u lokalnoj atmosferi koja je već imalo manje njihovih "vršnjaka" dosegla.
Difuzija je jedan proces kojim se molekule kreću kroz prostor. Ponekad je taj prostor zrak, ponekad tekući, a ponekad je lokaliziran na području biološke stanične membrane. Da nije bilo različitih oblika difuzije, zapravo, stanice vašeg tijela ne bi mogle raditi svoj posao i brzo bi se ugušile i izgladnile.
Što je difuzija u kemiji?
Difuzija se definira kao pasivno kretanje otopljene tvari (poput molekule ugljikovog dioksida) kroz propusnu membranu. Riječ "pasivno"puno radi u ovoj rečenici; to znači da u sustav ne treba ulagati energiju da bi se otopljena tvar uvukla preko membrane na drugu stranu.
Što je propusna membrana? Ovo je naziv za barijeru (obično biološku) koja omogućuje prolazak molekula pod određenim uvjetima. Difuzijom se energija opskrbljuje gradijentom koncentracije. To je zato što se tvar nastoji kretati u bilo kojem smjeru dok se tvar ravnomjerno ne raspodijeli po prostoru koji je ograničava i njenim molekularnim skupinama.
Čimbenici koji utječu na brzinu difuzije
Na brzinu difuzije tvari utječe niz čimbenika. Imajte na umu da se difuzija prirodno nastavlja sve dok se ne postigne ravnoteža i tvar se ravnomjerno rasporedi po svom mediju. Također, imajte na umu da svaka smjesa tvari ima svoj gradijent koncentracije na koji drugi ne utječu gradijenata u njegovoj sredini (premda prisutnost ovih različitih molekula djeluje prozirno na njihova pojedinačna kretanja gužva).
Snaga gradijenta koncentracije: Kao što ste mogli očekivati, što je veća razlika u koncentraciji kroz plazemsku membranu, to će otopljena tvar brže difundirati po njoj. Kako se približava ravnoteži, brzina difuzije usporava.
Masa molekula: Lakše molekule, poput CH4(metan), kreću se u prosjeku brže nego masivniji, poput dugih segmenata nukleinskih kiselina (npr. DNA).
Površina i debljina membrane: Kako se površina membrane povećava, tako se povećava i brzina difuzije. Ali povećanje debljine usporava difuziju. Razmislite o učinku dodavanja dodatnih cesta za autoceste na autocestu bez povećanja prometa (povećana "površina"); zatim razmotrite učinak bespotrebnog stvaranja svake uske trake s naplatom od pola milje (povećana "debljina").
Temperatura: Molekule, kao i praktički sve ostalo čega se sjetite, teže difundirati brže kao temperatura povećava se, jer ovo povećava slučajni sudar između molekula i povećava brzinu difuzija.
Otopljeni polaritet: Nepolarni ili topiv u lipidima materijali lakše prolaze kroz plazemske membrane nego polarni materijali, tj. materijali koji imaju asimetričnu raspodjelu naboja po molekulama bez neto električnog naboja.
Gustoća otapala: Kako se gustoća tekućine u kojoj dolazi do difuzije povećava, difuzija se usporava. To je jedan od razloga zbog kojih dehidracija uzrokuje probleme; gušća stanična citoplazma (unutrašnjost stanice) otežava vitalnim molekulama pasivno kretanje prema enzimatskim i drugim odredištima.
Grahamov zakon: Kada se plin otopi u tekućini, relativna brzina difuzije određenog plina je direktno proporcionalno njezinoj topljivosti u toj tekućini, ali obrnuto proporcionalno kvadratnom korijenu njegove molarne mase. U ljudskom tijelu u krvnoj plazmi ugljični dioksid je nešto teži od plina kisika, ali je njegova topljivost 22 puta veća, što mu daje 19 puta veću brzinu difuzije kisika u ovom okruženju.
Udaljenost puta otopljene tvari: Opet, kao što možete pretpostaviti, kraći putovi podrazumijevaju brže stope molekularne difuzije.