Дифузија се одвија због кретања честица. Честице у случајном кретању, попут молекула гаса, ударају се једна о другу, пратећи Бровново кретање, све док се равномерно не разиђу у датом подручју. Дифузија је тада проток молекула из подручја високе концентрације у подручје ниске концентрације, све док се не постигне равнотежа. Укратко, дифузија описује распршивање гаса, течности или чврсте супстанце у одређеном простору или у другој супстанци. Примери дифузије укључују арому парфема која се шири по соби или кап зелене боје за храну која се распршује по шољи воде. Постоји више начина за израчунавање брзина дифузије.
ТЛ; ДР (предуго; Нисам прочитао)
Имајте на уму да се појам „стопа“ односи на промену количине током времена.
Грахамов закон дифузије
Почетком 19. века, шкотски хемичар Тхомас Грахам (1805-1869) открио је квантитативни однос који сада носи његово име. Грахамов закон каже да је брзина дифузије две гасовите супстанце обрнуто пропорционална квадратном корену њихових моларних маса. До овог односа се дошло, с обзиром на то да сви гасови пронађени на истој температури показују исту просечну кинетичку енергију, како се подразумева у Кинетичкој теорији гасова. Другим речима, Грахамов закон је директна последица тога што гасовити молекули имају исту просечну кинетичку енергију када су на истој температури. За Грахамов закон, дифузија описује мешање гасова, а брзина дифузије је брзина тог мешања. Имајте на уму да се Грахамов закон дифузије назива и Грахамов закон изливања, јер је излив посебан случај дифузије. Излив је појава када гасовити молекули излазе кроз сићушну рупу у вакуум, евакуисани простор или комору. Брзина изливања мери брзину којом се тај гас преноси у тај вакуум, евакуисани простор или комору. Дакле, један од начина израчунавања брзине дифузије или брзине изливања у проблему са речју је израчун на основу Грахамов закон који изражава однос између моларних маса гасова и њихове дифузије или изливања стопе.
Фицк-ови закони дифузије
Средином 19. века, лекар и физиолог, рођен у Немачкој, Адолф Фицк (1829-1901) формулисао је низ закона који регулишу понашање гаса који се шири кроз флуидну мембрану. Фиков први закон дифузије наводи да је флукс или нето кретање честица у одређеном подручју у одређеном временском периоду директно пропорционалан стрмини градијента. Фиков први закон може се написати као:
флукс = -Д (дЦ ÷ дк)
где се (Д) односи на коефицијент дифузије, а (дЦ / дк) је градијент (и дериват је у рачуну). Дакле, Фиков први закон у основи каже да случајно кретање честица из Бровновог кретања доводи до померања или распршивања честице из подручја високе концентрације до ниске концентрације - а та брзина заношења или брзина дифузије пропорционална је градијент густине, али у супротном смеру од тог градијента (који представља негативни предзнак испред дифузије константан). Иако Фиков први закон дифузије описује колики је флукс, он је уствари Фиков други закон Дифузија која даље описује брзину дифузије и она има облик парцијалне разлике једначина. Фиков други закон описан је формулом:
Т = (1 ÷ [2Д]) к2
што значи да се време дифузије повећава са квадратом растојања, к. У основи, Фиков први и други закон о дифузији пружају информације о томе како градијенти концентрације утичу на стопе дифузије. Занимљиво је да је Универзитет у Вашингтону осмислио ситницу као мнемотехнику како би се лакше сетио како Фикове једначине помажу у израчунавању брзине дифузије: „Фицк каже колико ће брз молекул дифузно. Делта П пута А пута к преко Д је закон који треба користити…. Разлика притиска, површина и константа к множе се заједно. Они су подељени дифузијском баријером да би се утврдила тачна брзина дифузије. “
Остале занимљиве чињенице о дифузним стопама
До дифузије може доћи у чврстим течностима, течностима или гасовима. Наравно, дифузија се одвија најбрже у гасовима, а најспорије у чврстим супстанцама. На стопе дифузије такође може утицати неколико фактора. Повећана температура, на пример, убрзава стопе дифузије. Слично томе, честица која се дифундује и материјал у који дифундира могу утицати на брзину дифузије. Приметите, на пример, да се поларни молекули брже дифундирају у поларним медијима, попут воде, док се неполарни молекули не мешају и због тога тешко дифундирају у води. Густина материјала је још један фактор који утиче на стопе дифузије. Разумљиво је да тежи гасови дифузирају много спорије у поређењу са лакшим колегама. Штавише, величина подручја интеракције може утицати на стопе дифузије, што доказује арома домаће кухиње која се распршује кроз мало подручје брже него што би то учинила на већем подручју.
Такође, ако се дифузија одвија на основу градијента концентрације, мора постојати неки облик енергије који олакшава дифузију. Размотрите како вода, угљен-диоксид и кисеоник могу лако да пређу ћелијске мембране пасивном дифузијом (или осмозом, у случају воде). Али ако велики, нелипидно растворљив молекул мора да прође кроз ћелијску мембрану, тада је потребан активни транспорт, што је где високоенергетски молекул аденозин трифосфата (АТП) ступа на снагу да олакша дифузију кроз ћелијске мембране.