Difuzarea are loc datorită mișcării particulelor. Particulele aflate în mișcare aleatorie, precum moleculele de gaz, se lovesc una de alta, urmând mișcarea browniană, până când se dispersează uniform într-o zonă dată. Difuzia este atunci fluxul de molecule dintr-o zonă de concentrație mare la cea de concentrație scăzută, până la atingerea echilibrului. Pe scurt, difuzia descrie un gaz, lichid sau solid care se dispersează într-un anumit spațiu sau într-o a doua substanță. Exemplele de difuzie includ o aromă de parfum răspândită în întreaga cameră sau o picătură de colorant alimentar verde care se dispersează într-o ceașcă de apă. Există o serie de moduri de a calcula ratele de difuzie.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Amintiți-vă că termenul „tarif” se referă la modificarea unei cantități în timp.
Legea difuziunii lui Graham
La începutul secolului al XIX-lea, chimistul scoțian Thomas Graham (1805-1869) a descoperit relația cantitativă care acum îi poartă numele. Legea lui Graham afirmă că rata de difuzie a două substanțe gazoase este invers proporțională cu rădăcina pătrată a masei lor molare. S-a ajuns la această relație, având în vedere că toate gazele găsite la aceeași temperatură prezintă aceeași energie cinetică medie, așa cum se înțelege în teoria cinetică a gazelor. Cu alte cuvinte, legea lui Graham este o consecință directă a moleculelor gazoase care au aceeași energie cinetică medie atunci când sunt la aceeași temperatură. Pentru legea lui Graham, difuziunea descrie amestecarea gazelor, iar rata de difuzie este rata amestecului respectiv. Rețineți că Legea difuziunii lui Graham este numită și Legea efuziunii lui Graham, deoarece revărsarea este un caz special de difuzie. Revărsatul este fenomenul când moleculele gazoase scapă printr-o gaură mică într-un vid, spațiu evacuat sau cameră. Viteza de revărsare măsoară viteza cu care gazul respectiv este transferat în acel vid, spațiu evacuat sau cameră. Deci, o modalitate de a calcula rata de difuzie sau rata de efuziune într-o problemă de cuvânt este de a face calcule pe baza Legea lui Graham, care exprimă relația dintre masele molare de gaze și difuzia sau revărsarea acestora tarife.
Legile difuziunii lui Fick
La mijlocul secolului al XIX-lea, medicul și fiziologul de origine germană Adolf Fick (1829-1901) a formulat un set de legi care guvernează comportamentul unui gaz care difuzează pe o membrană fluidă. Prima lege a difuziei lui Fick afirmă că fluxul sau mișcarea netă a particulelor într-o anumită zonă într-o anumită perioadă de timp este direct proporțională cu abruptul gradientului. Prima lege a lui Fick poate fi scrisă astfel:
flux = -D (dC ÷ dx)
unde (D) se referă la coeficientul de difuzie și (dC / dx) este gradientul (și este o derivată în calcul). Așadar, prima lege a lui Fick afirmă fundamental că mișcarea aleatorie a particulelor din mișcarea browniană duce la deriva sau dispersarea particule din regiuni cu concentrație ridicată până la concentrații scăzute - și că viteza de derivație sau viteza de difuzie este proporțională cu gradient de densitate, dar în direcția opusă gradientului respectiv (care reprezintă semnul negativ din fața difuziei constant). În timp ce prima lege a difuziunii lui Fick descrie cât de mult flux există, de fapt este a doua lege a lui Fick Difuzie care descrie în continuare viteza de difuzie și ia forma unui diferențial parțial ecuaţie. A doua lege a lui Fick este descrisă prin formula:
T = (1 ÷ [2D]) x2
ceea ce înseamnă că timpul de difuzare crește odată cu pătratul distanței, x. În esență, prima și a doua lege a difuziunii lui Fick oferă informații despre modul în care gradienții de concentrație afectează ratele de difuzie. Destul de interesant este faptul că Universitatea din Washington a conceput un ditty ca un mnemonic pentru a ajuta la amintire modul în care ecuațiile Fick ajută la calcularea ratei de difuzie: „Fick spune cât de rapidă va merge o moleculă difuz. Delta P ori A ori k peste D este legea de utilizat... Diferența de presiune, suprafața și constanta k sunt înmulțite împreună. Acestea sunt împărțite prin bariera de difuzie pentru a determina rata exactă de difuzie ".
Alte fapte interesante despre ratele de difuzie
Difuzia poate apărea în solide, lichide sau gaze. Desigur, difuzia are loc cel mai rapid în gaze și cea mai lentă în solide. De asemenea, ratele de difuzie pot fi afectate de mai mulți factori. Temperatura crescută, de exemplu, accelerează ratele de difuzie. În mod similar, particula difuzată și materialul în care difuzează pot influența ratele de difuzie. Observați, de exemplu, că moleculele polare se difuzează mai repede în mediile polare, cum ar fi apa, în timp ce moleculele nepolare sunt nemiscibile și, prin urmare, se difuzează greu în apă. Densitatea materialului este încă un alt factor care afectează ratele de difuzie. Înțeles, gazele mai grele se difuzează mult mai încet în comparație cu omologii lor mai ușori. Mai mult, dimensiunea zonei de interacțiune poate avea un impact asupra ratelor de difuzie, evidențiată de aroma gătitului casnic care se dispersează printr-o zonă mică mai rapid decât ar fi într-o zonă mai mare.
De asemenea, dacă difuzia are loc împotriva unui gradient de concentrație, trebuie să existe o formă de energie care să faciliteze difuzia. Luați în considerare modul în care apa, dioxidul de carbon și oxigenul pot traversa cu ușurință membranele celulare prin difuzie pasivă (sau osmoză, în cazul apei). Dar dacă o moleculă mare, liposolubilă trebuie să treacă prin membrana celulară, atunci este necesar un transport activ, care este unde molecula cu energie ridicată a adenozin trifosfatului (ATP) intervine pentru a facilita difuzia între membranele celulare.
