Se hai mai visto il vapore salire da un tombino e scomparire alla vista mentre sale nell'aria a causa del suo stesso calore, hai visto in azione la diffusione delle molecole di gas.
Quando si spruzza un deodorante per ambienti in una stanza e il profumo nell'area in cui è stato spruzzato diventa gradualmente più debole, questo è il risultato di diverse molecole di gas trovano invariabilmente la loro strada verso luoghi nell'atmosfera locale che meno dei loro "coetanei" hanno già raggiunto.
La diffusione è un processo mediante il quale le molecole si muovono attraverso lo spazio. A volte questo spazio è aria, a volte è liquido, altre ancora è localizzato nell'area di una membrana cellulare biologica. Se non fosse per varie forme di diffusione, infatti, le cellule del vostro corpo non sarebbero in grado di svolgere il loro lavoro e soffocherebbero rapidamente e morirebbero di fame.
Che cos'è la diffusione in chimica?
La diffusione è definita come il passivo movimento di un soluto (come una molecola di anidride carbonica) attraverso una membrana permeabile. La parola "
passivo" fa molto lavoro in questa frase; significa che non è necessario immettere energia nel sistema per persuadere il soluto attraverso la membrana dall'altra parte.Cos'è una membrana permeabile? Questo è un nome per una barriera (di solito biologica) che consente alle molecole di passare in determinate condizioni. Con la diffusione, l'energia è fornita dal gradiente di concentrazione. Questo perché una sostanza tende a muoversi in qualsiasi direzione possibile finché la sostanza non è distribuita uniformemente in tutto lo spazio che la confina e le sue coorti molecolari.
Fattori che influenzano il tasso di diffusione
La velocità di diffusione di una sostanza è influenzata da una serie di fattori. Nota che la diffusione continua naturalmente fino a quando non viene raggiunto l'equilibrio e la sostanza è distribuita uniformemente in tutto il suo mezzo. Inoltre, tieni presente che in una miscela di sostanze, ognuna ha il proprio gradiente di concentrazione che non è influenzato da altre gradienti nel suo mezzo (sebbene la presenza di queste diverse molecole influenzi i loro movimenti individuali attraverso il puro affollamento).
Forza del gradiente di concentrazione: Come ci si potrebbe aspettare, maggiore è la differenza di concentrazione attraverso una membrana plasmatica, più rapidamente il soluto si diffonderà attraverso di essa. Quando ci si avvicina all'equilibrio, la velocità di diffusione rallenta.
Massa delle molecole: Molecole più leggere, come CH4(metano), si muovono in media più rapidamente di quelli più massicci, come lunghi segmenti di acidi nucleici (ad es. DNA).
Area e spessore della membrana: All'aumentare dell'area della membrana, aumenta anche la velocità di diffusione. Ma l'aumento dello spessore rallenta la diffusione. Si pensi all'effetto sul flusso veicolare autostradale dell'aggiunta di più pedaggi a un'autostrada senza aumentare il traffico (aumento dell'"area"); poi si consideri l'effetto di rendere inutilmente ciascuna corsia a pedaggio stretta un mezzo miglio (aumento dello "spessore").
Temperatura: Le molecole, come praticamente qualsiasi altra cosa a cui puoi pensare, tendono a diffondersi più velocemente con la temperatura aumenta, poiché questo aumenta la collisione casuale tra le molecole e aumenta la velocità di diffusione.
Polarità del soluto: Non polare o liposolubile i materiali passano più facilmente attraverso le membrane plasmatiche rispetto ai materiali polari, cioè materiali che hanno distribuzioni di carica asimmetriche attraverso le molecole senza carica elettrica netta.
Densità del solvente: All'aumentare della densità del fluido in cui avviene la diffusione, la diffusione rallenta. Questo è uno dei motivi per cui la disidratazione causa problemi; un citoplasma cellulare più spesso (interno della cellula) rende più difficile per le molecole vitali muoversi passivamente verso le loro destinazioni enzimatiche e di altro tipo.
Legge di Graham: Quando un gas è disciolto in un liquido, la velocità relativa di diffusione di un dato gas è direttamente proporzionale alla sua solubilità in quel liquido, ma inversamente proporzionale alla radice quadrata della sua massa molare. Nel corpo umano del plasma sanguigno, l'anidride carbonica è leggermente più pesante dell'ossigeno gassoso, ma la sua solubilità è 22 volte maggiore, dandogli 19 volte la velocità di diffusione dell'ossigeno in questa impostazione.
Distanza del percorso del soluto: Anche in questo caso, come puoi immaginare, percorsi di viaggio più brevi implicano tassi di diffusione molecolare più rapidi.