Если вы когда-либо наблюдали, как пар поднимается из ливневой канализации и исчезает из поля зрения, поднимаясь в воздух благодаря собственному теплу, вы видели диффузию молекул газа в действии.
Когда вы распыляете освежитель воздуха в комнату, и запах в том месте, где вы распыляли, постепенно ослабевает, это является результатом различные молекулы газа неизменно находят свой путь к местам в местной атмосфере, которые уже есть у меньшего числа их «сверстников». достиг.
Диффузия - это один из процессов, посредством которых молекулы перемещаются в пространстве. Иногда это пространство является воздухом, иногда жидкостью, а иногда оно локализовано в области биологической клеточной мембраны. Фактически, если бы не различные формы распространения, клетки вашего тела не могли бы выполнять свою работу и быстро задохнулись бы и умерли от голода.
Что такое диффузия в химии?
Распространение определяется как пассивный движение растворенного вещества (например, молекулы углекислого газа) через проницаемую мембрану. Слово "
пассивный"делает много работы в этом предложении; это означает, что не нужно вкладывать энергию в систему, чтобы перебросить растворенное вещество через мембрану на другую сторону.Что такое проницаемая мембрана? Это название барьера (обычно биологического), который позволяет молекулам проходить через определенные условия. При диффузии энергия поступает за счет градиента концентрации. Это связано с тем, что вещество имеет тенденцию двигаться в любом направлении, пока оно не будет равномерно распределено во всем пространстве, которое ограничивает его и его молекулярные когорты.
Факторы, влияющие на скорость диффузии
На скорость диффузии вещества влияет множество факторов. Обратите внимание, что диффузия естественным образом продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие, и вещество будет равномерно распределено в своей среде. Также имейте в виду, что в смеси веществ каждое из них имеет свой собственный градиент концентрации, на который не влияют другие. градиентов в его среде (хотя присутствие этих разных молекул действительно влияет на их индивидуальные движения за счет явного скученность).
Сила градиента концентрации: Как и следовало ожидать, чем больше разница в концентрации на плазматической мембране, тем быстрее растворенное вещество будет диффундировать через нее. По мере приближения к равновесию скорость диффузии замедляется.
Масса молекул: Более легкие молекулы, такие как CH4(метан) в среднем перемещаются быстрее, чем более массивные, такие как длинные сегменты нуклеиновых кислот (например, ДНК).
Площадь и толщина мембраны: Чем больше площадь мембраны, тем больше и скорость диффузии. Но увеличение толщины замедляет диффузию. Подумайте о влиянии на автомобильный поток шоссе добавления дополнительных платных дорог без увеличения трафика (увеличение «площади»); затем рассмотрите эффект ненужного увеличения длины каждой узкой платной полосы в полмили (увеличенная «толщина»).
Температура: Молекулы, как и все остальное, о чем вы можете подумать, имеют тенденцию диффундировать быстрее, чем температура. увеличивается, поскольку это увеличивает случайное столкновение между молекулами и увеличивает скорость диффузия.
Полярность растворенного вещества: Неполярный или же жирорастворимый материалы легче проходят через плазменные мембраны, чем полярные материалы, то есть материалы, которые имеют асимметричное распределение заряда по молекулам без чистого электрического заряда.
Плотность растворителя: По мере увеличения плотности жидкости, в которой происходит диффузия, диффузия замедляется. Это одна из причин, по которой обезвоживание вызывает проблемы; более толстая цитоплазма клетки (внутренняя часть клетки) затрудняет пассивное движение жизненно важных молекул к их ферментативным и другим направлениям.
Закон Грэма: Когда газ растворяется в жидкости, относительная скорость диффузии данного газа равна напрямую пропорционально его растворимости в этой жидкости, но обратно пропорциональна квадратному корню из его молярной массы. В плазме крови человеческого тела углекислый газ немного тяжелее газообразного кислорода, но его растворимость в 22 раза больше, что дает ему в 19 раз большую скорость диффузии кислорода в этих условиях.
Расстояние пути растворенного вещества: Опять же, как вы могли догадаться, более короткие пути перемещения подразумевают более высокие скорости молекулярной диффузии.