Difusi terjadi karena gerakan partikel. Partikel-partikel dalam gerakan acak, seperti molekul gas, bertabrakan satu sama lain, mengikuti gerakan Brown, sampai mereka menyebar secara merata di area tertentu. Difusi kemudian adalah aliran molekul dari daerah konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah, sampai kesetimbangan tercapai. Singkatnya, difusi menggambarkan gas, cairan atau padatan yang menyebar di seluruh ruang tertentu atau di seluruh zat kedua. Contoh difusi termasuk aroma parfum yang menyebar ke seluruh ruangan, atau setetes pewarna makanan hijau yang menyebar ke seluruh cangkir air. Ada beberapa cara untuk menghitung laju difusi.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)
Ingat bahwa istilah "tingkat" mengacu pada perubahan kuantitas dari waktu ke waktu.
Hukum Difusi Graham
Pada awal abad ke-19, ahli kimia Skotlandia Thomas Graham (1805-1869) menemukan hubungan kuantitatif yang sekarang menyandang namanya. Hukum Graham menyatakan bahwa laju difusi dua zat gas berbanding terbalik dengan akar kuadrat dari massa molar mereka. Hubungan ini tercapai, mengingat bahwa semua gas yang ditemukan pada suhu yang sama menunjukkan energi kinetik rata-rata yang sama, seperti yang dipahami dalam Teori Kinetik Gas. Dengan kata lain, hukum Graham adalah konsekuensi langsung dari molekul gas yang memiliki energi kinetik rata-rata yang sama ketika mereka berada pada suhu yang sama. Untuk hukum Graham, difusi menggambarkan pencampuran gas, dan laju difusi adalah laju pencampuran itu. Perhatikan bahwa Hukum Difusi Graham juga disebut Hukum Efusi Graham, karena efusi adalah kasus khusus difusi. Efusi adalah fenomena ketika molekul gas melarikan diri melalui lubang kecil ke ruang hampa, ruang atau ruang yang dievakuasi. Laju efusi mengukur kecepatan perpindahan gas ke dalam ruang hampa, ruang atau ruang yang dievakuasi. Jadi salah satu cara menghitung laju difusi atau laju efusi dalam soal kata adalah dengan membuat perhitungan berdasarkan Hukum Graham, yang menyatakan hubungan antara massa molar gas dan difusi atau efusinya tarif.
Hukum Difusi Fick
Pada pertengahan abad ke-19, dokter dan ahli fisiologi kelahiran Jerman Adolf Fick (1829-1901) merumuskan seperangkat hukum yang mengatur perilaku gas yang berdifusi melintasi membran cairan. Hukum Difusi Pertama Fick menyatakan bahwa fluks, atau pergerakan bersih partikel di area tertentu dalam periode waktu tertentu, berbanding lurus dengan kecuraman gradien. Hukum I Fick dapat ditulis sebagai:
fluks = -D(dC dx)
di mana (D) mengacu pada koefisien difusi dan (dC/dx) adalah gradien (dan merupakan turunan dalam kalkulus). Jadi Hukum Pertama Fick secara fundamental menyatakan bahwa gerakan partikel acak dari gerak Brown mengarah ke penyimpangan atau penyebaran partikel dari daerah konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah - dan laju drift, atau laju difusi, sebanding dengan gradien densitas, tetapi dalam arah yang berlawanan dengan gradien itu (yang merupakan tanda negatif di depan difusi konstan). Sementara Hukum Pertama Difusi Fick menjelaskan berapa banyak fluks yang ada, sebenarnya Hukum Kedua Fick tentang Difusi yang lebih lanjut menggambarkan laju difusi, dan mengambil bentuk diferensial parsial persamaan. Hukum Kedua Fick dijelaskan dengan rumus:
T = (1 ÷ [2D])x2
yang berarti bahwa waktu untuk menyebar meningkat dengan kuadrat jarak, x. Pada dasarnya, Hukum Difusi Pertama dan Kedua Fick memberikan informasi tentang bagaimana gradien konsentrasi mempengaruhi laju difusi. Yang cukup menarik, University of Washington merancang lagu pendek sebagai mnemonik untuk membantu mengingat bagaimana persamaan Fick membantu dalam menghitung laju difusi: “Fick mengatakan seberapa cepat sebuah molekul akan membaur. Delta P kali A kali k di atas D adalah hukum yang digunakan…. Perbedaan tekanan, luas permukaan dan konstanta k dikalikan. Mereka dibagi oleh penghalang difusi untuk menentukan tingkat difusi yang tepat.
Fakta Menarik Lainnya Tentang Tarif Difusi
Difusi dapat terjadi pada zat padat, cair atau gas. Tentu saja, difusi terjadi paling cepat dalam gas dan paling lambat dalam padatan. Tingkat difusi juga dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor. Peningkatan suhu, misalnya, mempercepat laju difusi. Demikian pula, partikel yang didifusikan dan bahan yang didifusikannya dapat mempengaruhi laju difusi. Perhatikan, misalnya, bahwa molekul polar berdifusi lebih cepat dalam media polar, seperti air, sedangkan molekul nonpolar tidak dapat bercampur dan karenanya sulit berdifusi dalam air. Kepadatan material merupakan faktor lain yang mempengaruhi laju difusi. Dapat dimengerti, gas yang lebih berat berdifusi jauh lebih lambat dibandingkan dengan gas yang lebih ringan. Selain itu, ukuran area interaksi dapat memengaruhi laju difusi, dibuktikan dengan aroma masakan rumahan yang menyebar melalui area kecil lebih cepat daripada di area yang lebih luas.
Juga, jika difusi terjadi melawan gradien konsentrasi, harus ada beberapa bentuk energi yang memfasilitasi difusi. Pertimbangkan bagaimana air, karbon dioksida dan oksigen dapat dengan mudah melintasi membran sel dengan difusi pasif (atau osmosis, dalam kasus air). Tetapi jika molekul besar yang tidak larut lemak harus melewati membran sel, maka diperlukan transpor aktif, yaitu di mana molekul energi tinggi adenosin trifosfat (ATP) masuk untuk memfasilitasi difusi melintasi membran seluler.