Диффузия происходит из-за движения частицы. Частицы в беспорядочном движении, как молекулы газа, сталкиваются друг с другом, следуя броуновскому движению, до тех пор, пока не распределятся равномерно в заданной области. Тогда диффузия - это поток молекул из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Короче говоря, диффузия описывает газ, жидкость или твердое тело, рассеивающееся в определенном пространстве или во втором веществе. Примеры распространения включают аромат духов, распространяющийся по комнате, или каплю зеленого пищевого красителя, рассеивающуюся в стакане воды. Существует несколько способов расчета скорости диффузии.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Помните, что термин «ставка» относится к изменению количества с течением времени.
Закон диффузии Грэма
В начале 19 века шотландский химик Томас Грэм (1805-1869) обнаружил количественное соотношение, которое теперь носит его имя. Закон Грэма гласит, что скорость диффузии двух газообразных веществ обратно пропорциональна квадратному корню из их молярных масс. Это соотношение было установлено, учитывая, что все газы, обнаруженные при одинаковой температуре, обладают одинаковой средней кинетической энергией, как это понимается в кинетической теории газов. Другими словами, закон Грэма является прямым следствием того, что газовые молекулы имеют одинаковую среднюю кинетическую энергию, когда они находятся при одинаковой температуре. Согласно закону Грэма, диффузия описывает смешение газов, а скорость диффузии - это скорость этого смешения. Обратите внимание, что закон диффузии Грэма также называется законом излияния, потому что излияние - это особый случай диффузии. Вытекание - это явление, когда газообразные молекулы выходят через крошечное отверстие в вакуум, вакуумированное пространство или камеру. Скорость излияния измеряет скорость, с которой этот газ переносится в этот вакуум, вакуумированное пространство или камеру. Таким образом, один из способов вычисления скорости диффузии или скорости излияний в словесной задаче - это произвести вычисления на основе Закон Грэма, который выражает связь между молярными массами газов и их диффузией или истечением. тарифы.
Законы диффузии Фика
В середине XIX века врач и физиолог немецкого происхождения Адольф Фик (1829–1901) сформулировал набор законов, регулирующих поведение газа, диффундирующего через жидкую мембрану. Первый закон диффузии Фика гласит, что поток или чистое движение частиц в определенной области в течение определенного периода времени прямо пропорционально крутизне градиента. Первый закон Фика можно записать так:
поток = -D (dC ÷ dx)
где (D) относится к коэффициенту диффузии, а (dC / dx) - градиент (и является производной в расчетах). Итак, Первый закон Фика в основном гласит, что случайное движение частиц из броуновского движения приводит к смещению или рассеянию частицы из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией - и эта скорость дрейфа или скорость диффузии пропорциональна градиент плотности, но в направлении, противоположном этому градиенту (что объясняет отрицательный знак перед диффузией постоянный). Хотя Первый закон диффузии Фика описывает величину потока, на самом деле это второй закон Фика. Диффузия, которая дополнительно описывает скорость диффузии и принимает форму частного дифференциала. уравнение. Второй закон Фика описывается формулой:
Т = (1 ÷ [2D]) x2
это означает, что время диффузии увеличивается пропорционально квадрату расстояния x. По сути, Первый и Второй законы диффузии Фика предоставляют информацию о том, как градиенты концентрации влияют на скорость диффузии. Интересно, что Вашингтонский университет разработал частушку как мнемонику, чтобы помочь запомнить как уравнения Фика помогают в вычислении скорости диффузии: «Фик говорит, насколько быстро молекула размытый. Дельта P, умноженная на k, умноженная на D, - это закон, который нужно использовать…. Перепад давления, площадь поверхности и постоянная k умножаются. Они разделены диффузионным барьером, чтобы определить точную скорость диффузии ».
Другие интересные факты о скорости диффузии
Диффузия может происходить в твердых телах, жидкостях или газах. Конечно, быстрее всего диффузия происходит в газах и меньше всего - в твердых телах. На скорость диффузии также могут влиять несколько факторов. Например, повышение температуры увеличивает скорость диффузии. Точно так же диффундирующая частица и материал, в который она диффундирует, могут влиять на скорость диффузии. Обратите внимание, например, что полярные молекулы диффундируют быстрее в полярных средах, таких как вода, в то время как неполярные молекулы не смешиваются и, следовательно, им трудно диффундировать в воде. Плотность материала - еще один фактор, влияющий на скорость диффузии. Понятно, что более тяжелые газы диффундируют гораздо медленнее по сравнению с более легкими. Более того, размер области взаимодействия может влиять на скорость диффузии, о чем свидетельствует запах домашней кухни, распределяющийся по небольшой площади быстрее, чем по большей площади.
Кроме того, если диффузия происходит против градиента концентрации, должна быть какая-то форма энергии, которая облегчает диффузию. Подумайте, как вода, углекислый газ и кислород могут легко проникать через клеточные мембраны путем пассивной диффузии (или осмоса в случае воды). Но если большая, не растворимая в липидах молекула должна пройти через клеточную мембрану, то требуется активный транспорт, который где высокоэнергетическая молекула аденозинтрифосфата (АТФ) участвует, чтобы облегчить диффузию через клеточные мембраны.