انتشار

إذا دققنا النظر، سنرى دخان الحريق في البداية. وبعد حين، يختفي الدخان. هل سبق لك استخدام عطر؟ حتى لو رششت عطراً في غرفتك، سيظل بإمكان الآخرين خارج المنزل شم رائحته. كذلك، إذا أعدت والدتك وجبة شهية في المطبخ، ستصل رائحتها إلى منازل الجيران. لماذا يحدث هذا؟

فهم الانتشار

هناك العديد من الأمثلة الأخرى. إذا وضعت بضع قطرات من الحبر أو ملون الطعام في كوب من الماء الصافي، سينتشر الحبر أو ملون الطعام بالتساوي في الماء. يحدث هذا تلقائيًا. الأمثلة السابقة هي ظواهر انتشار شائعة في حياتنا اليومية. الانتشار هو عملية انتقال جزيئات مادة ما من منطقة ذات تركيز عالٍ إلى منطقة ذات تركيز منخفض. يشير التركيز إلى عدد جزيئات/مولات المادة في وحدة الحجم. منطقة التركيز العالي هي المنطقة التي تحتوي على العديد من جزيئات المادة في وحدة الحجم. وعلى العكس، منطقة التركيز المنخفض هي المنطقة التي تحتوي على عدد قليل من الجزيئات في وحدة الحجم.

عند حرق النفايات، يكون تركيز الدخان حول المحرقة مرتفعًا عادةً. وبسبب اختلاف التركيز، تنتشر جزيئات الدخان تلقائيًا من المناطق ذات التركيز العالي إلى المناطق ذات التركيز المنخفض. وتتفرق جزيئات الدخان، التي كانت تتجمع في البداية، في جميع الاتجاهات.

عند رش العطر على الجسم، تكون المنطقة التي رُشّ عليها العطر ذات تركيز عالٍ. وبسبب هذا التفاوت في التركيز، تنتقل جزيئات العطر من منطقة التركيز العالي إلى منطقة التركيز المنخفض. عند إضافة بضع قطرات من الحبر أو ملون الطعام إلى كوب من الماء الصافي، تكون المنطقة التي وُضع عليها الحبر أو ملون الطعام أولاً ذات تركيز أعلى عادةً. وبسبب هذا التفاوت في التركيز، تنتشر جزيئات الحبر أو ملون الطعام في جميع أنحاء منطقة التركيز المنخفض. تتوقف عملية الانتشار بمجرد أن يتساوى تركيز جزيئات الحبر في جميع مناطق الماء.

نظرية الانتشار والحركة

من المهم ملاحظة أن عملية الانتشار يمكن تفسيرها باستخدام النظرية الحركية. تنص النظرية الحركية على أن كل مادة تتكون من جزيئات، وهذه الجزيئات في حركة عشوائية مستمرة. لفهم ذلك، انظر إلى الصورة أدناه. الوعاء بأكمله مملوء بالماء. ولأن الحبر قد قُطِّر فيه، فإن تركيز الماء على سطح الوعاء أعلى من تركيزه في قاعه.

C₁ هو جزء من الأسطوانة أو جزء من الماء ذو ​​تركيز عالٍ، بينما C₂ هو الجزء من الأسطوانة أو جزء الماء ذو ​​التركيز المنخفض. ولتبسيط التحليل، سنقتصر على دراسة حركة جزيئات الحبر في مركز الأسطوانة.

عدد جزيئات الحبر عند النقطة C1 _أكبر (تركيز عالٍ) من عددها عند النقطة C2 ₍ تركيز منخفض). ولأن جزيئات الحبر تتحرك باستمرار وبشكل عشوائي، فإن جزيئات الحبر عند النقطة C1 _لديها احتمال أكبر للتحرك نحو مركز الأسطوانة ( Δx ). في المقابل، عدد جزيئات الحبر عند النقطة C2 _قليل جدًا، لذا فإن احتمال تحركها نحو مركز الأسطوانة ( Δx ) ضئيل جدًا.

معدل الانتشار

وبالتالي، سيكون هناك تدفق كلي لجزيئات الحبر من C1 _إلى C2 . _ووفقًا لبحث أجراه عالم وظائف الأعضاء أدولف فيك (1829-1901)، وُجد أن معدل الانتشار يتناسب طرديًا مع الفرق في التركيز (C2 _- C1 ₎ . فكلما زاد الفرق في التركيز، زاد معدل تدفق جزيئات المادة. وعلى العكس، كلما قلّ الفرق في التركيز، قلّ معدل تدفق جزيئات المادة. وقد يتوافق هذا مع افتراضنا بأن الفرق في التركيز يؤثر أيضًا على معدل تدفق الجزيئات. إضافةً إلى انتقال الجزيئات من مكان إلى آخر عن طريق الانتشار، يمكنها أيضًا الانتقال من مكان إلى آخر بمساعدة الرياح.

تطبيق الانتشار في الحياة اليومية

بدون انتشار العطر، لن يتمكن شريكك العزيز من الاستمتاع برائحة عطرك. وبدون انتشاره، لن تتمكن رائحة طعام والدتك الشهية من أن تقطع شرودك وتجعلك ترغب في إنهاء وجبتك المغذية بسرعة. 😉 كما يلعب انتشار العطر دورًا بالغ الأهمية في بقاء الإنسان والحيوان والنبات، وغيرها.

تحتاج النباتات عادةً إلى ثاني أكسيد الكربون (CO2 ₎ لعملية التمثيل الضوئي. ونظرًا لوجود فرق في تركيز ثاني أكسيد الكربون _بين داخل الورقة والهواء الخارجي، تنتشر جزيئات _{ثاني أكسيد الكربون} إلى داخل الورقة عبر الثغور. في المقابل، ينتشر بخار الماء والأكسجين إلى خارجها. إضافةً إلى النباتات، يمكن أن تختنق القطط والفئران وغيرها إذا لم يحدث انتشار. فبينما تحتاج النباتات إلى ثاني أكسيد الكربون _لعملية التمثيل الضوئي، تحتاج القطط والفئران وغيرها إلى الأكسجين لكل تفاعل ينتج الطاقة. وللوصول إلى الخلايا، تتحرك جزيئات الأكسجين عن طريق الانتشار.