Vad är Diffusion?

January 26

I allmänna termer, diffusion betyder helt enkelt att sprida en substans eller kvalitet från ett område med relativt hög koncentration till ett område med lägre koncentration. Termen används oftast för att beskriva den process genom vilken molekyler av olika slag uppnå en likformig koncentration, efter initialt ojämnt fördelade, genom sina slumpmässiga rörelser. Detta kallas ibland molekylär diffusion och den spelar en viktig roll i många områden i fysik, kemi och biologi. Det är nära besläktat med det sätt på vilket celler tar upp näringsämnen, alltså livet kunde inte existera utan den. Termen kan också hänvisa till spridning av värme eller ljus, eller, inom ramen för samhällsvetenskap, spridning av idéer eller innovationer genom samhället.

Molekylär diffusion

Molekyler är ständigt i rörelse, på grund av närvaron av värme; även vid extremt låga temperaturer, är en del värme energi som finns, vilket ger partiklar termisk rörelse. I fasta partiklarna hålls i en relativt styv struktur och kan inte avvika alltför långt från sina utgångslägen, men i vätskor och gaser, de är fria att röra sig i ett mindre begränsad sätt. Denna rörelse är slumpmässigt, eftersom molekylerna ständigt studsar varandra, så att det inte finns någon övergripande mönster. Denna slumpmässig rörelse är vad tillåter diffusion att uppträda. Den hastighet med vilken det fenomen inträffar stiger med temperaturen, som den hastighet med vilken partiklarna rör sig ökar.

Om två olika gaser vid samma temperatur bringas i kontakt med varandra då, över tiden, den slumpmässiga rörelsen av sina molekyler kommer att orsaka dem att blanda tills de är jämnt fördelade, utan inverkan av någon yttre faktor. Ett liknande fenomen kan ofta observeras med två olika vätskor, men ibland på grund av kemiska faktorer, kommer vätskorna att inte blanda. Till exempel, lägga vegetabilisk olja till vatten inte kommer att resultera i diffusion. Om ett fast ämne löses i en vätska, kommer dess molekyler diffundera genom hela vätskan.

I vätskor som blandar, kan diffusion kunna observeras om vätskorna är av olika färger. Fenomenet bör dock inte förväxlas med konvektion eller advektion, vilket involverar merparten rörelse vätskor av strömmar som kräver en energikälla. Diffusion är en form av vad forskarna kallar passiv transport, vilket innebär rörelse som sker utan någon extra energi som krävs. I ofta citerat exempel på en droppe av färgat färgämne tillsätts till ett glas vatten, en stor del av den blandning som uppstår är faktiskt på grund av strömmarna som inrättats av den initiala rörelsen av droppen av färgämnet under gravitation. I experiment som eliminerar detta, och liknande, effekter, kan observeras sant diffusion; till exempel, kan färgat vatten ses att diffundera genom en gel, men detta är en mycket långsammare process.

Betydelse för livet

Diffusion spelar också en roll i de inblandade i livet av en cell, i synnerhet transport av näringsämnen, aminosyror och andra ämnen från en plats till en annan processer. Osmosis, den process genom vilken molekyler transporteras över väggarna och membran av enskilda växt- och djurceller, är en form av diffusion. En cellvägg är ett selektivt permeabelt membran, eller en genom vilken vissa molekyler kan passera, men andra inte kan. Om, på ena sidan av ett membran, det finns en lösning av en hög koncentration, medan å andra sidan är den samma lösning i en lägre koncentration, kommer lösningsmedlet tenderar att röra sig till området för högre koncentration tills de två lösningarna når jämvikt . Detta kan bara ske om de molekyler av det lösta ämnet - det upplösta ämnet - är större än de av lösningsmedlet. De mindre lösningsmedelsmolekyler kan passera genom membranet, medan de större är för stora för att göra det, och måste finnas kvar på den andra sidan.

Andra former av Diffusion

Diffusion kan också innebära spridning av värmen genom en fast, även om detta brukar kallas ledning och spridning av ljus genom ett genomskinligt ämne - till exempel frostat glas i en glödlampa som används för att ge en "diffusa" ljus som är mer behaglig för ögat. Utanför ramen för fysik, kan termen användas för att beskriva spridningen av en idé eller en innovativ teknik genom en befolkning genom kontakt mellan människor, överensstämmelsen inom en grupp, eller genom observation av de fördelar som till andra.

  • Den vanligaste typen av diffusor är en aromalampa.