Dacă ați văzut vreodată aburul care se ridică dintr-un canal de furtună și dispare din vedere pe măsură ce se ridică în aer datorită propriei călduri, ați văzut difuzia moleculelor de gaz în acțiune.
Când pulverizați odorizant de aer într-o cameră, iar parfumul din zona în care ați pulverizat devine treptat mai slab, acesta este rezultatul diferite molecule de gaz își găsesc invariabil drumul spre locuri din atmosfera locală pe care le au deja mai puțini dintre „colegii” lor atins.
Difuzia este un proces prin care moleculele se mișcă prin spațiu. Uneori acest spațiu este aer, alteori este lichid și alteori este localizat în zona unei membrane celulare biologice. Dacă nu ar fi diferite forme de difuzie, de fapt, celulele corpului tău ar fi incapabile să-și facă treaba și s-ar sufoca rapid și vor muri de foame.
Ce este difuzia în chimie?
Difuzia este definită ca pasiv mișcarea unui dizolvat (cum ar fi o moleculă de dioxid de carbon) pe o membrană permeabilă. Cuvantul "pasiv"face multă muncă în această propoziție; înseamnă că nu trebuie introdusă energie în sistem pentru a cajola solutul de-a lungul membranei către cealaltă parte.
Ce este o membrană permeabilă? Acesta este un nume pentru o barieră (de obicei biologică) care permite trecerea moleculelor în anumite condiții. Cu difuzie, energia este furnizată de gradientul de concentrație. Acest lucru se datorează faptului că o substanță tinde să se deplaseze în orice direcție posibilă până când substanța este distribuită uniform în orice spațiu o limitează și cohortele sale moleculare.
Factori care afectează rata de difuzie
Rata de difuzie a unei substanțe este influențată de o serie de factori. Rețineți că difuzia continuă în mod natural până la atingerea echilibrului, iar substanța este distribuită uniform pe întregul mediu. De asemenea, rețineți că, într-un amestec de substanțe, fiecare are propriul gradient de concentrație care nu este afectat de altele gradienți în mijlocul acestuia (deși prezența acestor molecule diferite afectează mișcările lor individuale prin puritate aglomerare).
Puterea gradientului de concentrație: După cum v-ați putea aștepta, cu cât diferența de concentrație într-o membrană plasmatică este mai mare, cu atât solutul se va difuza mai repede peste ea. Pe măsură ce echilibrul este abordat, viteza de difuzie încetinește.
Masa moleculelor: Molecule mai ușoare, cum ar fi CH4(metan), se mișcă mai rapid în medie decât cele mai masive, cum ar fi segmentele lungi de acizi nucleici (de exemplu, ADN).
Aria și grosimea membranei: Pe măsură ce zona membranei crește, crește și viteza de difuzie. Dar creșterea grosimii încetinește difuziunea. Gândiți-vă la efectul asupra fluxului vehiculelor de pe autostradă de a adăuga mai multe șosele de taxare pe o autostradă fără a crește traficul („zona” crescută); apoi ia în considerare efectul de a face inutil fiecărei benzi înguste de taxare o lungime de jumătate de kilometru („grosime” crescută).
Temperatura: Moleculele, ca practic orice altceva la care te poți gândi, tind să se difuzeze mai repede ca temperatura crește, deoarece aceasta crește coliziunea aleatorie între molecule și crește rata de difuzie.
Polaritatea solutiei: Nonpolar sau liposolubile materialele trec mai ușor prin membranele plasmatice decât materialele polare, adică materialele care au distribuții de sarcină asimetrice între molecule fără sarcină electrică netă.
Densitatea solventului: Pe măsură ce densitatea fluidului în care apare difuzia crește, difuziunea încetinește. Acesta este un motiv pentru care deshidratarea cauzează probleme; o citoplasmă celulară mai groasă (interiorul celulei) îngreunează moleculele vitale să se ciocnească pasiv spre destinațiile lor enzimatice și alte destinații.
Legea lui Graham: Când un gaz este dizolvat într-un lichid, rata relativă de difuzie a unui gaz dat este direct proporțional cu solubilitatea sa în acel lichid, dar invers proporțional cu rădăcina pătrată a masei sale molare. În corpul uman al plasmei sanguine, dioxidul de carbon este puțin mai greu decât oxigenul gazos, dar solubilitatea acestuia este de 22 de ori mai mare, conferindu-i de 19 ori viteza de difuzie a oxigenului în acest cadru.
Distanța traseului solutului: Din nou, după cum ați putea ghici, căile mai scurte de călătorie implică rate mai rapide de difuzie moleculară.
