Ak ste niekedy videli, ako para stúpa z búrkového odtoku a mizne z dohľadu, keď stúpa do vzduchu vďaka svojmu vlastnému teplu, videli ste difúziu molekúl plynu v akcii.
Ak nastriekate osviežovač vzduchu do miestnosti a vôňa v mieste, kde ste ho nastriekali, bude postupne slabnúť, je to výsledok rôzne molekuly plynu si neustále nachádzajú cestu k miestam v miestnej atmosfére, ktoré už má menej ich „rovesníkov“ dosiahol.
Difúzia je jeden proces, pri ktorom sa molekuly pohybujú vesmírom. Niekedy je týmto priestorom vzduch, niekedy kvapalný a inokedy je lokalizovaný do oblasti biologickej bunkovej membrány. Nebyť rôznych foriem difúzie, v skutočnosti by bunky vášho tela neboli schopné vykonávať svoju prácu a rýchlo by sa udusili a hladovali.
Čo je to difúzia v chémii?
Difúzia je definovaná ako pasívny pohyb rozpustenej látky (napríklad molekuly oxidu uhličitého) cez priepustnú membránu. Slovo "pasívny„v tejto vete robí veľa práce; to znamená, že do systému nie je potrebné vložiť žiadnu energiu, aby sa rozpustila látka cez membránu na druhú stranu.
Čo je to priepustná membrána? Toto je názov bariéry (zvyčajne biologickej), ktorá umožňuje molekulám prechádzať za určitých podmienok. Pri difúzii je energia dodávaná koncentračným gradientom. Je to tak preto, lebo látka má tendenciu pohybovať sa akýmkoľvek smerom, kým je schopná sa rovnomerne rozložiť v akomkoľvek priestore, ktorý ju obmedzuje a jej molekulárne kohorty.
Faktory ovplyvňujúce mieru difúzie
Rýchlosť difúzie látky ovplyvňuje množstvo faktorov. Upozorňujeme, že difúzia prirodzene pokračuje, kým sa nedosiahne rovnováha, a látka je rovnomerne rozložená v celom médiu. Majte tiež na pamäti, že každá z nich má v zmesi látok svoj vlastný koncentračný gradient, ktorý nie je ovplyvnený ostatnými gradienty uprostred (aj keď prítomnosť týchto rôznych molekúl ovplyvňuje čírym spôsobom ich jednotlivé pohyby tlačenica).
Sila koncentračného gradientu: Ako možno čakáte, čím väčší je rozdiel v koncentrácii cez plazmatickú membránu, tým rýchlejšie bude cez ňu difundovať rozpustená látka. Keď sa blíži rovnováha, rýchlosť difúzie sa spomaľuje.
Hmotnosť molekúl: Ľahšie molekuly, napríklad CH4(metán) sa v priemere pohybujú rýchlejšie ako tie masívnejšie, ako sú napríklad dlhé segmenty nukleových kyselín (napr. DNA).
Plocha a hrúbka membrány: So zväčšovaním plochy membrány sa zvyšuje aj rýchlosť difúzie. Ale zväčšenie hrúbky spomaľuje difúziu. Popremýšľajte, aký vplyv má na diaľnicu prúdenie ďalších diaľnic bez zvýšenia premávky (zväčšená „plocha“); potom zvážte efekt zbytočného vytvorenia každého úzkeho mýtneho pruhu dlhého pol míle (zväčšená „hrúbka“).
Teplota: Molekuly, rovnako ako prakticky všetko ostatné, na čo si len spomeniete, majú tendenciu rýchlejšie difundovať ako teplota sa zvyšuje, pretože to zvyšuje náhodnú kolíziu medzi molekulami a zvyšuje rýchlosť difúzia.
Polarita rozpustenej látky: Nepolárne alebo rozpustný v tukoch materiály ľahšie prechádzajú plazmatickými membránami ako polárne materiály, t. j. materiály, ktoré majú asymetrické rozloženie náboja cez molekuly bez čistého elektrického náboja.
Hustota rozpúšťadla: Keď sa zvyšuje hustota kvapaliny, v ktorej dochádza k difúzii, difúzia sa spomaľuje. To je jeden z dôvodov, prečo dehydratácia spôsobuje problémy; hrubšia bunková cytoplazma (vnútro bunky) sťažuje životne dôležité molekuly pasívne sa chugovať k ich enzymatickým a iným cieľom.
Grahamov zákon: Keď je plyn rozpustený v kvapaline, je relatívna rýchlosť difúzie daného plynu priamo úmerné jeho rozpustnosti v tejto kvapaline, ale inverzne proporcionálne k druhej odmocnine jeho molárnej hmotnosti. V ľudskom tele krvnej plazmy je oxid uhličitý o niečo ťažší ako plynný kyslík, ale jeho rozpustnosť je 22-krát vyššia, čo mu dáva 19-násobok rýchlosti difúzie kyslíka v tomto prostredí.
Vzdialenosť cesty rozpustenej látky: Opäť, ako asi tušíte, kratšie dráhy pohybu znamenajú vyššie rýchlosti molekulárnej difúzie.