Když se podíváme pozorně, kouř z hoření je zpočátku stále viditelný. Po chvíli je kouř neviditelný. Použili jste někdy parfém? I když si ho nastříkáte ve svém pokoji, ostatní lidé mimo dům stále ucítí jeho vůni. Stejně tak, pokud vaše matka vaří v kuchyni lahodné a chutné jídlo, vůně je cítit i od sousedů. Proč je tomu tak?
Pochopení difúze
Existuje mnoho dalších příkladů. Pokud kápnete několik kapek inkoustu nebo potravinářského barviva do sklenice s čistou vodou, inkoust nebo potravinářské barvivo se rovnoměrně rozprostře po celé vodě. To se děje automaticky. Předchozí příklady jsou difúzní jevy, které se často vyskytují v každodenním životě. Difúze je proces přesunu molekul látky z oblasti s vysokou koncentrací do oblasti s nízkou koncentrací. Koncentrace se vztahuje k počtu molekul/molů látky na objem. Místo s vysokou koncentrací je místo, kde je mnoho molekul látky na objem. Naopak místo s nízkou koncentrací je místo, kde je málo molekul na objem.
Když spalujete odpadky, koncentrace kouře v okolí spalovny je obvykle poměrně vysoká. Kvůli rozdílu v koncentraci se molekuly kouře automaticky šíří z oblastí s vysokou koncentrací do oblastí s nízkou koncentrací. Molekuly kouře, které se zpočátku shlukovaly, se nakonec rozptýlí všemi směry.
Když si na tělo nastříkáte parfém, oblast, kam je parfém nastříkán, má vysokou koncentraci. Kvůli tomuto rozdílu v koncentraci se molekuly parfému přesouvají z oblasti s vysokou koncentrací do oblasti s nízkou koncentrací. Když do sklenice s čistou vodou přidáte několik kapek inkoustu nebo potravinářského barviva, oblast, kam byl inkoust nebo potravinářské barvivo nanesen poprvé, má obvykle vyšší koncentraci. Kvůli tomuto rozdílu v koncentraci molekuly inkoustu nebo potravinářského barviva difundují v oblasti s nízkou koncentrací. Proces difuze se zastaví, jakmile je koncentrace molekul inkoustu ve všech oblastech vody stejná.
Difúze a kinetická teorie
Je důležité poznamenat, že proces difúze lze vysvětlit pomocí kinetické teorie. Kinetická teorie říká, že každá látka se skládá z molekul a tyto molekuly se nacházejí v nepřetržitém, náhodném pohybu. Abychom tomu porozuměli, prohlédněte si obrázek níže. Celá nádoba je naplněna vodou. Protože do ní byl nakapán inkoust, má voda na povrchu nádoby vyšší koncentraci než voda na dně.
C1 je část válce nebo část vody s vysokou koncentrací, zatímco C2 je část válce nebo část vody s nízkou koncentrací. Pro zjednodušení analýzy budeme zkoumat pouze pohyb molekul inkoustu ve středu válce.
Počet molekul inkoustu v bodě C1 je větší (vysoká koncentrace) než počet molekul inkoustu v bodě C2 ( nízká koncentrace). Protože se molekuly inkoustu neustále pohybují náhodně, mají molekuly inkoustu v bodě C1 větší pravděpodobnost pohybu směrem ke středu válce ( Δx ). Naopak počet molekul inkoustu v bodě C2 je velmi malý, takže mají velmi malou pravděpodobnost pohybu směrem ke středu válce ( Δx ).
Rychlost difúze
Dojde tedy k celkovému toku molekul inkoustu z C1 do C2 . Podle výzkumu fyziologa Adolfa Ficka (1829-1901) bylo zjištěno, že rychlost difúze je přímo úměrná rozdílu v koncentraci (C2 - C1 ) . Čím větší je rozdíl v koncentraci, tím větší je rychlost toku molekul látky. Naopak, čím menší je rozdíl v koncentraci, tím menší je rychlost toku molekul látky. To může být v souladu s naším předpokladem, že rozdíl v koncentraci ovlivňuje také rychlost toku molekul. Kromě pohybu z místa na místo difúzí se molekuly látek (zejména plynů) mohou pohybovat z jednoho místa na druhé také pomocí větru.
Aplikace difúze v každodenním životě
Bez difúze by si váš milovaný partner nemohl vychutnat vůni vašeho parfému. Bez difúze by lahodná a lákavá vůně vaření vaší matky v kuchyni nedokázala přerušit vaše snění a vzbudit ve vás touhu rychle dojíst výživné jídlo na jídelním stole. 😉 Difúze hraje také velmi důležitou roli v přežití lidí, zvířat, rostlin atd.
Rostliny obvykle potřebují pro fotosyntézu oxid uhličitý (CO2 ) . Protože existuje rozdíl v koncentraci CO2 mezi vnitřkem listu a venkovním vzduchem, molekuly CO2 difundují do listu přes průduchy. Naopak vodní pára a kyslík difundují ven. Kromě rostlin se mohou udusit i kočky, myši atd., pokud nedochází k difuzi. Zatímco rostliny potřebují CO2 pro fotosyntézu, kočky, myši atd. potřebují kyslík pro každou reakci produkující energii. Aby se molekuly kyslíku dostaly do buněk, pohybují se difuzí.
