A difusão ocorre devido ao movimento das partículas. Partículas em movimento aleatório, como moléculas de gás, chocam-se umas com as outras, seguindo o movimento browniano, até se dispersarem uniformemente em uma determinada área. A difusão, então, é o fluxo de moléculas de uma área de alta concentração para aquela de baixa concentração, até que o equilíbrio seja alcançado. Em suma, a difusão descreve um gás, líquido ou sólido se dispersando em um espaço particular ou em uma segunda substância. Exemplos de difusão incluem um aroma de perfume se espalhando por toda a sala, ou uma gota de corante alimentar verde se espalhando por um copo de água. Existem várias maneiras de calcular as taxas de difusão.
TL; DR (muito longo; Não li)
Lembre-se de que o termo "taxa" se refere à mudança em uma quantidade ao longo do tempo.
Lei da Difusão de Graham
No início do século 19, o químico escocês Thomas Graham (1805-1869) descobriu a relação quantitativa que agora leva seu nome. A lei de Graham afirma que a taxa de difusão de duas substâncias gasosas é inversamente proporcional à raiz quadrada de suas massas molares. Chegou-se a essa relação, visto que todos os gases encontrados na mesma temperatura apresentam a mesma energia cinética média, conforme entendido na Teoria Cinética dos Gases. Em outras palavras, a lei de Graham é uma consequência direta das moléculas gasosas tendo a mesma energia cinética média quando estão na mesma temperatura. Para a lei de Graham, a difusão descreve a mistura de gases e a taxa de difusão é a taxa dessa mistura. Observe que a Lei da Difusão de Graham também é chamada de Lei da Efusão de Graham, porque a efusão é um caso especial de difusão. A efusão é o fenômeno em que moléculas gasosas escapam por um pequeno orifício para um vácuo, espaço ou câmara evacuada. A taxa de efusão mede a velocidade pela qual o gás é transferido para o vácuo, espaço evacuado ou câmara. Portanto, uma maneira de calcular a taxa de difusão ou taxa de efusão em um problema de word é fazer cálculos com base em Lei de Graham, que expressa a relação entre massas molares de gases e sua difusão ou efusão cotações.
Leis da Difusão de Fick
Em meados do século 19, o médico e fisiologista alemão Adolf Fick (1829-1901) formulou um conjunto de leis que regem o comportamento de um gás que se difunde através de uma membrana fluida. A Primeira Lei da Difusão de Fick afirma que o fluxo, ou o movimento líquido de partículas em uma área específica dentro de um período de tempo específico, é diretamente proporcional à inclinação do gradiente. A Primeira Lei de Fick pode ser escrita como:
fluxo = -D (dC ÷ dx)
onde (D) se refere ao coeficiente de difusão e (dC / dx) é o gradiente (e é uma derivada no cálculo). Portanto, a Primeira Lei de Fick afirma fundamentalmente que o movimento aleatório das partículas do movimento browniano leva à deriva ou dispersão de partículas de regiões de alta concentração para baixas concentrações - e essa taxa de deriva, ou taxa de difusão, é proporcional ao gradiente de densidade, mas na direção oposta a esse gradiente (que é responsável pelo sinal negativo na frente da difusão constante). Embora a Primeira Lei da Difusão de Fick descreva quanto fluxo existe, na verdade é a Segunda Lei da Difusão de Fick Difusão que descreve melhor a taxa de difusão e assume a forma de um diferencial parcial equação. A Segunda Lei de Fick é descrita pela fórmula:
T = (1 ÷ [2D]) x2
o que significa que o tempo de difusão aumenta com o quadrado da distância, x. Essencialmente, a Primeira e a Segunda Leis de Difusão de Fick fornecem informações sobre como os gradientes de concentração afetam as taxas de difusão. Curiosamente, a Universidade de Washington criou uma cantiga como um mnemônico para ajudar a lembrar como as equações de Fick auxiliam no cálculo da taxa de difusão: "Fick diz o quão rápido uma molécula irá difuso. Delta P vezes A vezes k sobre D é a lei a ser usada…. A diferença de pressão, a área de superfície e a constante k são multiplicadas juntas. Eles são divididos pela barreira de difusão para determinar a taxa exata de difusão. ”
Outros fatos interessantes sobre as taxas de difusão
A difusão pode ocorrer em sólidos, líquidos ou gases. Claro, a difusão ocorre mais rapidamente em gases e mais lenta em sólidos. As taxas de difusão também podem ser afetadas por vários fatores. O aumento da temperatura, por exemplo, acelera as taxas de difusão. Da mesma forma, a partícula sendo difundida e o material para o qual está se difundindo podem influenciar as taxas de difusão. Observe, por exemplo, que as moléculas polares se difundem mais rapidamente em meios polares, como a água, enquanto as moléculas não polares são imiscíveis e, portanto, têm dificuldade em se difundir na água. A densidade do material é outro fator que afeta as taxas de difusão. Compreensivelmente, gases mais pesados se difundem muito mais lentamente em comparação com seus equivalentes mais leves. Além disso, o tamanho da área de interação pode impactar as taxas de difusão, evidenciadas pelo aroma de comida caseira se dispersando por uma pequena área mais rápido do que em uma área maior.
Além disso, se a difusão ocorre contra um gradiente de concentração, deve haver alguma forma de energia que facilite a difusão. Considere como a água, o dióxido de carbono e o oxigênio podem atravessar facilmente as membranas celulares por difusão passiva (ou osmose, no caso da água). Mas se uma grande molécula não lipossolúvel tem que passar através da membrana celular, então o transporte ativo é necessário, que é onde a molécula de alta energia de trifosfato de adenosina (ATP) intervém para facilitar a difusão através das membranas celulares.