Če ste že kdaj opazovali, kako se para odteka iz nevihte in izginja iz pogleda, ko se zaradi lastne toplote dviguje v zrak, ste videli difuzijo molekul plina v akciji.
Ko v prostor vbrizgate osvežilec zraka in vonj na območju, kjer ste škropili, postopoma postane šibkejši, je to posledica različne molekule plinov se vedno znajdejo v krajih v lokalnem ozračju, ki jih ima že manj "vrstnikov" doseženo.
Difuzija je en postopek, s katerim se molekule premikajo po vesolju. Včasih je ta prostor zrak, včasih tekoč, v drugih primerih pa je lokaliziran na območju biološke celične membrane. Če ne bi šlo za različne oblike difuzije, celice vašega telesa dejansko ne bi mogle opravljati svojega dela in bi se hitro zadušile in stradale.
Kaj je difuzija v kemiji?
Difuzija je opredeljena kot pasivno gibanje topljene snovi (kot je molekula ogljikovega dioksida) skozi prepustno membrano. Beseda "pasivno"v tem stavku veliko dela; to pomeni, da v sistem ni treba vnašati energije, da bi raztopljeno snov napeljala čez membrano na drugo stran.
Kaj je prepustna membrana? To je ime za pregrado (običajno biološko), ki omogoča molekulam prehod pod določenimi pogoji. Z difuzijo se energija oskrbuje z gradientom koncentracije. To je zato, ker se snov nagiba k gibanju v katero koli smer, dokler se snov enakomerno porazdeli po vsem prostoru, ki jo omejuje, in njenih molekularnih kohortah.
Dejavniki, ki vplivajo na hitrost difuzije
Na hitrost difuzije snovi vplivajo številni dejavniki. Upoštevajte, da se difuzija naravno nadaljuje, dokler ni doseženo ravnovesje, in snov se enakomerno porazdeli po svojem mediju. Upoštevajte tudi, da ima vsaka v mešanici snovi svoj gradient koncentracije, na katerega druga ne vpliva gradiente v njegovi sredini (čeprav prisotnost teh različnih molekul vpliva na njihova posamezna gibanja skozi prosojne gneča).
Moč gradienta koncentracije: Kot lahko pričakujete, večja kot je razlika v koncentraciji v plazemski membrani, hitreje se bo raztopljeno sredstvo razpršilo po njej. Ko se približuje ravnotežje, se hitrost difuzije upočasni.
Masa molekul: Lažje molekule, kot je CH4(metan), se v povprečju premikajo hitreje kot masivnejši, na primer dolgi segmenti nukleinskih kislin (npr. DNA).
Površina in debelina membrane: Ko se površina membrane poveča, se poveča tudi hitrost difuzije. Toda povečanje debeline upočasni difuzijo. Pomislite na vpliv dodajanja več cestninskih cest na avtocesto brez povečanja prometa (povečana "površina"); nato upoštevajte učinek nepotrebnega dela vsakega ozkega cestninskega pasu dolžine pol kilometra (povečana "debelina").
Temperatura: Molekule, tako kot praktično vse ostalo, kar se vam zdi, ponavadi hitreje difundirajo kot temperatura poveča, saj to poveča naključno trčenje med molekulami in poveča hitrost difuzija.
Polarnost topljene snovi: Nepolarna ali topen v lipidih materiali lažje prehajajo skozi plazemske membrane kot polarni materiali, torej materiali, ki imajo asimetrično porazdelitev naboja po molekulah brez neto električnega naboja.
Gostota topila: Ko se gostota tekočine, v kateri pride do difuzije, poveča, se difuzija upočasni. To je eden od razlogov, zaradi katerih dehidracija povzroča težave; Zaradi debelejše celične citoplazme (notranjost celic) se vitalne molekule težje pasivno premikajo proti svojim encimskim in drugim ciljem.
Grahamov zakon: Ko se plin raztopi v tekočini, je relativna hitrost difuzije danega plina neposredno sorazmerno z njegovo topnostjo v tej tekočini, vendar obratno sorazmerno kvadratnemu korenu njegove molske mase. V človeškem telesu v krvni plazmi je ogljikov dioksid nekoliko težji od kisikovega plina, vendar je njegova topnost 22-krat večja, kar pomeni 19-kratno hitrost difuzije kisika v tej nastavitvi.
Razdalja poti topljene snovi: Kot spet ugibate, krajše poti poti pomenijo hitrejše stopnje molekularne difuzije.
