Jei kada nors stebėjote, kaip garai kyla iš audros nutekėjimo ir dingsta iš akių, kai dėl savo pačios šilumos kyla į orą, matėte veikiančių dujų molekulių difuziją.
Kai purškiate oro gaiviklį į kambarį, o kvapas toje vietoje, kur purškėte, palaipsniui silpnėja, tai yra skirtingos dujų molekulės visada randa kelią link vietos atmosferoje, kurią jau turi mažiau jų „bendraamžių“ pasiekė.
Difuzija yra vienas procesas, kurio metu molekulės juda erdvėje. Kartais ši erdvė yra oras, kartais ji yra skysta, o kitu metu ji yra lokalizuota biologinės ląstelės membranos srityje. Jei ne įvairios difuzijos formos, iš tikrųjų jūsų kūno ląstelės negalėtų atlikti savo darbo ir greitai uždustų ir badautų.
Kas yra difuzija chemijoje?
Difuzija apibrėžiama kaip pasyvus tirpinio (pvz., anglies dioksido molekulės) judėjimas per pralaidžią membraną. Žodis "pasyvus"šiame sakinyje atlieka daug darbo; tai reiškia, kad į sistemą nereikia įdėti jokios energijos, kad ištirptų medžiagos per membraną į kitą pusę.
Kas yra pralaidi membrana? Tai yra barjero (paprastai biologinio), leidžiančio molekulėms praeiti tam tikromis sąlygomis, pavadinimas. Difuzijos metu energiją tiekia koncentracijos gradientas. Taip yra dėl to, kad medžiaga linkusi judėti bet kuria kryptimi, kol medžiaga tolygiai pasiskirstys bet kurioje erdvėje, kurioje ji ir molekulinės kohortos ribojasi.
Veiksniai, turintys įtakos difuzijos greičiui
Medžiagos difuzijos greitį įtakoja daugybė veiksnių. Atkreipkite dėmesį, kad difuzija natūraliai tęsiasi tol, kol pasiekiama pusiausvyra ir medžiaga tolygiai pasiskirsto visoje terpėje. Taip pat atminkite, kad medžiagų mišinyje kiekvienas turi savo koncentracijos gradientą, kurio kiti neveikia gradientai jo viduryje (nors šių skirtingų molekulių buvimas daro įtaką jų individualiems judėjimams vien per daug susigrūdimas).
Koncentracijos gradiento stiprumas: Kaip ir galima tikėtis, kuo didesnis plazmos membranos koncentracijos skirtumas, tuo greičiau ištirpusios medžiagos difuzija joje. Artėjant pusiausvyrai, difuzijos greitis sulėtėja.
Molekulių masė: Lengvesnės molekulės, tokios kaip CH4(metanas), juda vidutiniškai greičiau nei daro masyvesnius, pavyzdžiui, ilgus nukleorūgščių segmentus (pvz., DNR).
Membranos plotas ir storis: Didėjant membranos plotui, didėja ir difuzijos greitis. Bet didėjantis storis lėtina difuziją. Pagalvokite apie poveikį greitkelio transporto srautui, kai prie greitkelio pridedama daugiau mokamų kelių, nedidinant eismo (padidėjęs „plotas“); tada apsvarstykite, ar nereikalinga kiekvieną siaurą mokamą juostą padaryti pusės mylios ilgio (padidėjęs „storis“).
Temperatūra: Molekulės, kaip ir praktiškai visa kita, apie ką galvojate, linkusios difunduoti greičiau kaip temperatūra padidėja, nes tai padidina atsitiktinį molekulių susidūrimą ir padidina difuzija.
Tirpus poliškumas: Nepolinis arba lipiduose tirpus medžiagos lengviau praeina pro plazmos membranas nei polinės medžiagos, t. y. medžiagos, kurios turi asimetrinį krūvio pasiskirstymą molekulėse be grynojo elektrinio krūvio.
Tirpiklio tankis: Didėjant skysčio, kuriame vyksta difuzija, tankiui, difuzija sulėtėja. Tai yra viena iš priežasčių, dėl kurios dehidracija sukelia problemų; storesnė ląstelių citoplazma (ląstelės vidus) apsunkina gyvybiškai svarbių molekulių pasyvų pasislinkimą savo fermentinių ir kitų paskirties vietų link.
Greimo įstatymas: Skystyje ištirpus dujoms, santykinis tam tikrų dujų difuzijos greitis yra tiesiogiai proporcingas jo tirpumui tame skystyje, bet atvirkščiai proporcingas jo molinės masės kvadratinei šakniai. Kraujo plazmos žmogaus kūne anglies dioksidas yra šiek tiek sunkesnis už deguonies dujas, tačiau jo tirpumas yra 22 kartus didesnis, todėl šioje aplinkoje jis deguonies difuzijos greitį padidina 19 kartų.
Tirpų kelio atstumas: Vėlgi, kaip jūs galite atspėti, trumpesni kelionės keliai reiškia greitesnį molekulinės difuzijos greitį.