אם ראית אי פעם קיטור עולה מזרימת סערה ונעלם מהעין כשהוא עולה לאוויר בגלל החום שלו, ראית את התפשטות מולקולות הגז בפעולה.
כשאתם מרססים מטהר אוויר לחדר, והניחוח באזור בו ריססתם נחלש בהדרגה, זו תוצאה של מולקולות גז שונות תמיד מצאות את דרכן לעבר מקומות באווירה המקומית שפחות מ"עמיתיהם "כבר יש השיג.
דיפוזיה היא תהליך שבו מולקולות עוברות בחלל. לפעמים המרחב הזה הוא אוויר, לפעמים הוא נוזלי, ובזמנים אחרים הוא ממוקם לאזור קרום התא הביולוגי. לולא צורות שונות של דיפוזיה, למעשה, תאי גופך לא היו מסוגלים לבצע את עבודתם ויחנקו במהירות ויוותרו ברעב.
מהי דיפוזיה בכימיה?
דיפוזיה מוגדרת כ- פַּסִיבִי תנועה של מומס (כגון מולקולת פחמן דו חמצני) על פני קרום חדיר. המילה "פַּסִיבִי"עושה הרבה עבודה במשפט הזה; זה אומר שלא צריך להכניס אנרגיה למערכת כדי לחסל את המומס על פני הממברנה לצד השני.
מהי קרום חדיר? זהו שם למחסום (בדרך כלל ביולוגי) המאפשר למולקולות לעבור בתנאים מסוימים. עם דיפוזיה האנרגיה מסופקת על ידי שיפוע הריכוז. הסיבה לכך היא שחומר נוטה לנוע לכל כיוון שהוא יכול עד שהחומר מתפזר באופן שווה בכל חלל שתוחם אותו ואת קבוצותיו המולקולריות.
גורמים המשפיעים על קצב דיפוזיה
קצב הדיפוזיה של חומר מושפע משלל גורמים. שימו לב כי דיפוזיה נמשכת באופן טבעי עד להשגת שיווי משקל, והחומר מופץ באופן שווה בכל המדיום שלו. כמו כן, שים לב שבתערובת של חומרים, לכל אחד מהם יש שיפוע ריכוז משלו שאינו מושפע מאחר שיפועים בעיצומה (אם כי נוכחותן של מולקולות שונות אלה משפיעה על תנועותיהן האישיותיות צְפִיפוּת).
חוזק שיפוע הריכוז: כפי שניתן לצפות, ככל שההפרש בריכוז גדול יותר על פני קרום הפלזמה, כך המומס יתפזר במהירות רבה יותר. ככל שמתקרבים לשיווי משקל, קצב הדיפוזיה מאט.
מסת המולקולות: מולקולות קלות יותר, כגון CH4(מתאן), לנוע במהירות גבוהה יותר בממוצע מאשר לעשות מסיביים יותר, כגון קטעים ארוכים של חומצות גרעין (למשל, DNA).
שטח ועובי הקרום: ככל ששטח הקרום גדל, כך עולה קצב הדיפוזיה. אך גידול בעובי מאט את הדיפוזיה. חשוב על ההשפעה על זרימת כלי רכב מהירים של הוספת כבישים נוספים לכביש מהיר מבלי להגדיל את התנועה (הגדל "שטח"); ואז שקול את ההשפעה של הפיכת כל נתיב אגרה צר ללא צורך באורך של חצי מייל ("עובי" מוגבר).
טֶמפֶּרָטוּרָה: מולקולות, כמו כל דבר אחר שאתה יכול לחשוב עליו, נוטות להתפזר מהר יותר כמו הטמפרטורה עולה, מכיוון שהדבר מגביר את ההתנגשות האקראית בין מולקולות ומגביר את קצב ריכוך.
קוטביות מומסת: לא קוטבי אוֹ מסיסי שומנים חומרים עוברים ביתר קלות דרך ממברנות הפלזמה מאשר חומרים קוטביים, כלומר חומרים בעלי התפלגות מטען א-סימטרית על פני מולקולות ללא מטען חשמלי נטו.
צפיפות הממיס: ככל שצפיפות הנוזל בו מתרחשת דיפוזיה עולה, דיפוזיה מאטה. זו אחת הסיבות שהתייבשות גורמת לבעיות; ציטופלזמה של תאים עבה יותר (פנים התא) מקשה על מולקולות חיוניות להצטנע בצורה פסיבית לעבר היעדים האנזימטיים שלהם.
חוק גרהם: כאשר גז מומס בנוזל, קצב הדיפוזיה היחסי של גז נתון הוא באופן ישיר פרופורציונאלית למסיסותו בנוזל ההוא, אך בְּיַחַס הָפוּך פרופורציונאלי לשורש הריבועי של המסה הטוחנת שלו. בגוף האדם בפלסמת הדם, הפחמן הדו-חמצני כבד מעט מגז החמצן, אך המסיסות שלו גדולה פי 22, מה שמקנה לו פי 19 את קצב הדיפוזיה של החמצן במצב זה.
מרחק נתיב מומס: שוב כפי שאתה יכול לנחש, מסלולי נסיעה קצרים יותר מרמזים על שיעורי דיפוזיה מולקולריים מהירים יותר.