A diffúzió a részecske mozgása miatt megy végbe. A véletlenszerű mozgásban lévő részecskék, mint a gázmolekulák, egymásnak ütköznek, a Brown-mozgás nyomán, amíg egyenletesen diszpergálnak egy adott területen. A diffúzió ekkor a molekulák áramlása egy nagy koncentrációjú területről egy alacsony koncentrációjú területre, amíg el nem éri az egyensúlyt. Röviden, a diffúzió egy gáz, folyadék vagy szilárd anyag diszpergálását írja le egy adott térben vagy egy második anyagban. A diffúziós példák magukban foglalják a helyiségben elterülő parfümaromát vagy egy csésze zöld ételfestéket, amelyek egy csésze vízben eloszlanak. Számos módszer van a diffúziós sebesség kiszámítására.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
Ne feledje, hogy a "ráta" kifejezés a mennyiség időbeli változására utal.
Graham diffúziós törvénye
A 19. század elején Thomas Graham (1805-1869) skót vegyész felfedezte azt a kvantitatív kapcsolatot, amely ma már a nevét viseli. Graham törvénye kimondja, hogy két gáznemű anyag diffúziós sebessége fordítottan arányos moláris tömegük négyzetgyökével. Erre a kapcsolatra akkor került sor, ha az összes, ugyanazon a hőmérsékleten található gáz ugyanazt az átlagos kinetikus energiát mutatja, amint azt a gázok kinetikai elmélete megértette. Más szavakkal, Graham törvénye annak a közvetlen következménye, hogy a gáznemű molekulák ugyanazon átlagos kinetikus energiával rendelkeznek, ha ugyanazon a hőmérsékleten vannak. Graham törvénye szerint a diffúzió a gázok keveredését írja le, a diffúzió sebessége pedig ennek a keveredésnek a sebessége. Ne feledje, hogy Graham diffúziós törvényét Graham effúziós törvényének is nevezik, mert az effúzió a diffúzió speciális esete. Az effúzió az a jelenség, amikor a gáznemű molekulák egy apró lyukon keresztül egy vákuumba, kiürített térbe vagy kamrába távoznak. Az effúzió sebessége azt a sebességet méri, amellyel a gáz átjut a vákuumba, a kiürített térbe vagy a kamrába. Tehát a szórási sebesség vagy az effúziós sebesség kiszámításának egyik módja egy szöveges feladatban az, hogy számításokat készít ezek alapján Graham törvénye, amely kifejezi a kapcsolatot a mol moláris tömegei és azok diffúziója vagy effúziója között árak.
Fick törvényei a diffúzióról
A 19. század közepén Adolf Fick (1829–1901) német származású orvos és fiziológus törvénycsomagot fogalmazott meg, amely a folyadékmembránon átterjedő gáz viselkedését szabályozza. Fick első diffúziós törvénye kimondja, hogy a fluxus, vagy a részecskék nettó mozgása egy adott területen egy adott időn belül egyenesen arányos a gradiens meredekségével. Fick első törvénye így írható:
fluxus = -D (dC ÷ dx)
ahol (D) a diffúziós együtthatóra utal, és (dC / dx) a gradiens (és egy derivált a számításban). Tehát Fick első törvénye alapvetően kimondja, hogy a véletlenszerű részecskemozgás a Brown-mozgásból a részecskék a magas koncentrációjú és alacsony koncentrációjú régiókból - és ez a sodródási sebesség vagy a diffúzió sebessége arányos a a sűrűség gradiense, de ezzel a gradienssel ellentétes irányban (amely a diffúzió előtti negatív előjelnek felel meg) állandó). Míg Fick első diffúziós törvénye leírja, hogy mekkora fluxus van, valójában Fick második törvénye Diffúzió, amely tovább írja le a diffúzió sebességét, és részleges differenciál formában jelenik meg egyenlet. Fick második törvényét a következő képlet írja le:
T = (1 ÷ [2D]) x2
ami azt jelenti, hogy a diffúzió ideje a távolság négyzetével növekszik, x. Lényegében Fick első és második diffúziós törvénye ad információt arról, hogy a koncentráció gradiensek hogyan befolyásolják a diffúzió sebességét. Elég érdekes, hogy a washingtoni egyetem emlékeztetőként dolgozott ki egy emléklapot hogyan segítik Fick egyenletei a diffúziós sebesség kiszámításában: „Fick elmondja, hogy egy molekula milyen gyorsan fog diffúz. Delta P-idők A-szorosok D-hez képest a törvény, amelyet használni kell. A nyomáskülönbséget, a felületet és a k állandót megszorozzuk. A diffúziós gát fel van osztva a diffúzió pontos sebességének meghatározásához. "
Egyéb érdekes tények a diffúziós rátákról
Diffúzió történhet szilárd anyagokban, folyadékokban vagy gázokban. Természetesen a diffúzió a leggyorsabban gázokban, a leglassabban pedig a szilárd anyagokban történik. A diffúzió mértékét szintén számos tényező befolyásolhatja. A megemelkedett hőmérséklet például felgyorsítja a diffúzió sebességét. Hasonlóképpen, a diffundált részecske és az anyag, amelybe diffundál, befolyásolhatja a diffúzió sebességét. Például vegye figyelembe, hogy a poláros molekulák gyorsabban diffundálnak a poláris közegekben, mint a víz, míg a nem poláros molekulák nem keverednek össze, és ezért nehezen diffundálnak a vízben. Az anyag sűrűsége még egy tényező, amely befolyásolja a diffúzió sebességét. Érthető, hogy a nehezebb gázok sokkal lassabban diffundálnak, mint a könnyebb társaik. Ezenkívül az interakció nagysága hatással lehet a diffúzió sebességére, amit az otthoni főzés aromája bizonyít, amely kis területen gyorsabban diszpergál, mint nagyobb területen.
Továbbá, ha a diffúzió koncentrációgradienssel szemben zajlik, akkor léteznie kell valamilyen energiának, amely megkönnyíti a diffúziót. Gondoljon arra, hogy a víz, a szén-dioxid és az oxigén miként képes passzív diffúzióval (vagy ozmózis esetén vízzel) könnyen átjutni a sejtmembránokon. De ha egy nagy, nem lipidben oldódó molekulának át kell haladnia a sejtmembránon, akkor aktív transzportra van szükség, ami ahol az adenozin-trifoszfát (ATP) nagy energiájú molekulája lép be a sejtmembránok közötti diffúzió megkönnyítésére.