Hvis du noen gang har sett dampen stige opp fra et stormløp og forsvinne fra syne når den stiger opp i luften på grunn av sin egen varme, har du sett diffusjonen av gassmolekyler i aksjon.
Når du sprøyter luftfriskere inn i et rom, og duften i området der du sprayet blir gradvis svakere, er dette resultatet av forskjellige gassmolekyler finner alltid veien mot steder i den lokale atmosfæren som færre av deres "jevnaldrende" allerede har nådd.
Diffusjon er en prosess der molekyler beveger seg gjennom rommet. Noen ganger er dette rommet luft, noen ganger er det flytende, og på andre ganger er det lokalisert til området til en biologisk cellemembran. Hvis det ikke var for ulike former for diffusjon, ville cellene i kroppen din ikke være i stand til å gjøre jobben sin, og de ville raskt kveles og sulte.
Hva er diffusjon i kjemi?
Diffusjon er definert som passiv bevegelse av et løst stoff (for eksempel et karbondioksidmolekyl) over en permeabel membran. Ordet "passiv"gjør mye arbeid i denne setningen; det betyr at ingen energi trenger å bli satt inn i systemet for å tette løsemidlet over membranen til den andre siden.
Hva er en permeabel membran? Dette er et navn på en barriere (vanligvis biologisk) som gjør at molekyler kan passere gjennom under visse forhold. Ved diffusjon tilføres energien av konsentrasjonsgradienten. Dette er fordi et stoff har en tendens til å bevege seg i hvilken som helst retning det kan til stoffet fordeles jevnt over det rommet som begrenser det og dets molekylære kohorter.
Faktorer som påvirker diffusjonshastighet
Diffusjonshastigheten til et stoff påvirkes av en rekke faktorer. Merk at diffusjon naturlig fortsetter til likevekt er nådd, og stoffet fordeles jevnt i hele mediet. Vær også oppmerksom på at i en blanding av stoffer har hver sin egen konsentrasjonsgradient som ikke påvirkes av andre gradienter midt i det (selv om tilstedeværelsen av disse forskjellige molekylene påvirker deres individuelle bevegelser gjennom ren trengsel).
Styrken på konsentrasjonsgradienten: Som du kanskje forventer, jo større forskjell i konsentrasjon over en plasmamembran, desto raskere vil løsemidlet diffundere over det. Når likevekt nærmer seg, reduseres diffusjonshastigheten.
Masse av molekylene: Lettere molekyler, slik som CH4(metan), bevege seg raskere i gjennomsnitt enn mer massive, slik som lange segmenter av nukleinsyrer (f.eks. DNA).
Areal og tykkelse på membranen: Når membranområdet øker, øker diffusjonshastigheten. Men økende tykkelse bremser diffusjonen. Tenk på effekten på motorvei flyt av å legge til flere bomveier til en motorvei uten å øke trafikken (økt "areal"); vurder deretter effekten av å unødvendig gjøre hver smale bombane en halv mil lang (økt "tykkelse").
Temperatur: Molekyler, som praktisk talt alt annet du kan tenke deg, har en tendens til å diffundere raskere som temperatur øker, da dette øker den tilfeldige kollisjonen mellom molekyler og øker hastigheten på spredning.
Løs polaritet: Ikke-polær eller lipidløselig materialer lettere passerer gjennom plasmamembraner enn polare materialer, dvs. materialer som har asymmetriske ladningsfordelinger over molekyler uten netto elektrisk ladning.
Tetthet av løsningsmidlet: Når tettheten til væsken der diffusjonen oppstår øker, reduseres diffusjonen. Dette er en grunn til at dehydrering gir problemer; et tykkere cellecytoplasma (celleinteriør) gjør det vanskeligere for vitale molekyler å passere seg passivt mot deres enzymatiske og andre destinasjoner.
Grahams lov: Når en gass er oppløst i en væske, er den relative diffusjonshastigheten til en gitt gass direkte proporsjonal med dets løselighet i væsken, men omvendt proporsjonal med kvadratroten av dens molare masse. I blodplasma menneskekroppen er karbondioksid litt tyngre enn oksygengass, men dets løselighet er 22 ganger større, noe som gir den 19 ganger diffusjonshastigheten til oksygen i denne innstillingen.
Avstand til løst vei: Igjen, som du kanskje gjetter, innebærer kortere veier raskere frekvenser av molekylær diffusjon.