Dyfuzja następuje z powodu losowego ruchu cząstek. Zwykle dzieje się tak z powodu gradientu stężeń, co oznacza, że cząsteczki przemieszczają się z obszaru o wysokim stężeniu do obszaru o niższym stężeniu.
Przykład pokazano na powyższym obrazku. Gdy barwnik zostanie dodany do roztworu, z czasem ulega dyfuzji. Na początku widzisz smugi niebieskiego przechodzące przez roztwór, aż w końcu cały roztwór staje się niebieski, ponieważ stężenie barwnika jest wszędzie takie samo. W tym momencie, chociaż cząsteczki barwnika wciąż się poruszają, nie będziesz w stanie tego dostrzec, ponieważ niebieski barwnik rozproszył się i zabarwił całą objętość cieczy.
Dyfuzja jest zatem proces pasywny (co oznacza, że nie wymaga wkładu energii). Substancja przemieszcza się z obszaru o wysokim stężeniu do obszaru o niższym stężeniu. Ruch ten trwa do momentu wyrównania się stężenia substancji. Gdy stężenie się wyrówna, substancja nadal się porusza, ale nie będzie już miała gradientu stężenia. Ten stan nazywa się równowaga dynamiczna.
Jakie czynniki wpływają na szybkość dyfuzji?
Cząsteczki nieustannie się przemieszczają ze względu na ilość energii cieplnej, jaką posiadają. Na ten ruch ma wpływ rozmiar cząsteczki i środowisko, w którym się znajduje. Cząsteczki zawsze będą się przemieszczać w medium, ale na ogólną szybkość dyfuzji może mieć wpływ wiele czynników.
Stężenie: Dyfuzja cząsteczek jest całkowicie zależna od przejścia z obszaru o wyższym stężeniu do obszaru o niższym stężeniu. Innymi słowy, dyfuzja zachodzi w dół gradientu stężeń danej cząsteczki. Jeśli różnica w stężeniu jest wyższa, cząsteczki będą szybciej spadać w dół gradientu stężenia. Jeśli nie ma tak dużej różnicy w stężeniu, cząsteczki nie będą się poruszać tak szybko, a szybkość dyfuzji zmniejszy się.
Temperatura: Cząstki poruszają się ze względu na związaną z nimi energię kinetyczną. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta również energia kinetyczna związana z każdą cząsteczką. W rezultacie cząsteczki będą poruszać się szybciej. Jeśli mogą poruszać się szybciej, mogą również szybciej się rozpraszać. I odwrotnie, gdy energia kinetyczna związana z cząsteczkami maleje, zmniejsza się również ich ruch. W rezultacie tempo dyfuzji będzie wolniejsze.
Masa cząstki: Cięższe cząstki będą poruszać się wolniej, a więc będą miały wolniejsze tempo dyfuzji. Z drugiej strony mniejsze cząstki będą się szybciej dyfundować, ponieważ mogą się szybciej poruszać. Podobnie jak w przypadku wszystkich czynników wpływających na dyfuzję, ruch cząstki ma kluczowe znaczenie przy określaniu, czy dyfuzja jest spowolniona, czy przyspieszona.
Właściwości rozpuszczalnika: Lepkość i gęstość mają duży wpływ na dyfuzję. Jeśli ośrodek, przez który musi dyfundować dana cząsteczka, jest bardzo gęsty lub lepki, cząsteczka będzie miała przez nie trudniej dyfundować. Tak więc tempo dyfuzji będzie niższe. Jeśli ośrodek jest mniej gęsty lub mniej lepki, cząstki będą mogły poruszać się szybciej i szybciej dyfundują.
Wszystkie czynniki wpływające na dyfuzję mogą mieć łączny efekt. Na przykład mały jon może szybciej dyfundować przez lepki roztwór niż duża cząsteczka cukru. Jon ma mniejszy rozmiar i dzięki temu może poruszać się szybciej. Duża cząsteczka cukru porusza się wolniej ze względu na swój rozmiar. Lepkość roztworu wpływa na oba, ale będzie potęgować spowolnioną dyfuzję, której podlega większa cząsteczka.
Wskazówki
Każdy czynnik, który przyspiesza ruch cząstek przez medium, spowoduje szybsze tempo dyfuzji.