Jos katsomme tarkasti, palamisen savua voi aluksi vielä nähdä. Jonkin ajan kuluttua savu on näkymätöntä. Oletko koskaan käyttänyt hajuvettä? Vaikka suihkuttaisit hajuvettä huoneessasi, muut talon ulkopuolella voivat silti haistaa tuoksun. Samoin jos äitisi laittaa herkullisen ja ruokahalua herättävän aterian keittiössä, tuoksu voi leijailla naapureiden taloista. Miksi näin on?
Diffuusion ymmärtäminen
On monia muitakin esimerkkejä. Jos laitat muutaman tipan mustetta tai elintarvikeväriä lasilliseen kirkasta vettä, muste tai elintarvikeväri leviää tasaisesti veteen. Tämä tapahtuu automaattisesti. Edelliset esimerkit ovat diffuusiotapahtumia, joita koetaan usein jokapäiväisessä elämässä. Diffuusio on prosessi, jossa aineen molekyylit siirtyvät korkean pitoisuuden alueelta matalan pitoisuuden alueelle. Pitoisuus viittaa aineen molekyylien/moolien määrään tilavuutta kohti. Korkean pitoisuuden paikka on paikka, jossa on paljon aineen molekyylejä tilavuutta kohti. Kääntäen, matalan pitoisuuden paikka on paikka, jossa on vähän molekyylejä tilavuutta kohti.
Kun poltat roskia, polttolaitoksen ympärillä oleva savupitoisuus on yleensä melko korkea. Pitoisuuserojen vuoksi savumolekyylit leviävät automaattisesti korkean pitoisuuden alueilta matalan pitoisuuden alueille. Aluksi yhteen paakkuuntuneet savumolekyylit leviävät lopulta kaikkiin suuntiin.
Kun suihkutat hajuvettä vartalollesi, alueella, johon hajuvettä suihkutetaan, on korkea pitoisuus. Tämän pitoisuuseron vuoksi hajuvesimolekyylit siirtyvät korkean pitoisuuden alueelta matalan pitoisuuden alueelle. Kun lisäät muutaman tipan mustetta tai elintarvikeväriä lasilliseen kirkasta vettä, alueella, johon muste tai elintarvikeväri levitettiin ensimmäisen kerran, on yleensä korkeampi pitoisuus. Tämän pitoisuuseron vuoksi muste- tai elintarvikevärimolekyylit diffundoituvat matalan pitoisuuden alueelle. Diffuusioprosessi pysähtyy, kun mustemolekyylien pitoisuus veden kaikissa kohdissa on yhtä suuri.
Diffuusio ja kineettinen teoria
On tärkeää huomata, että diffuusioprosessi voidaan selittää kineettisen teorian avulla. Kineettisen teorian mukaan jokainen aine koostuu molekyyleistä, ja nämä molekyylit ovat jatkuvassa, satunnaisessa liikkeessä. Ymmärtääksesi tämän, tutki alla olevaa kuvaa. Koko astia on täytetty vedellä. Koska siihen on tiputettu mustetta, astian pinnalla olevan veden pitoisuus on suurempi kuin pohjalla olevan veden.
C1 on sylinterin osa tai veden osa, jolla on korkea pitoisuus, kun taas C2 on sylinterin osa tai veden osa, jonka pitoisuus on alhainen. Analyysin yksinkertaistamiseksi tarkastelemme vain mustemolekyylien liikettä sylinterin keskellä.
Mustemolekyylien lukumäärä C1:ssä on suurempi (suuri pitoisuus) kuin mustemolekyylejä C2:ssa ( matala pitoisuus). Koska mustemolekyylit liikkuvat jatkuvasti satunnaisesti, C1:n mustemolekyyleillä on suurempi todennäköisyys liikkua kohti sylinterin keskustaa ( Δx ). Kääntäen, mustemolekyylien lukumäärä C2:ssa on hyvin pieni, joten niiden todennäköisyys liikkua kohti sylinterin keskustaa ( Δx ) on hyvin pieni.
Diffuusionopeus
Näin ollen mustemolekyylien kokonaisvirtaus C1:stä C2 :een on kokonaisuudessaan . Fysiologi Adolf Fickin (1829-1901) tekemän tutkimuksen mukaan diffuusionopeus on suoraan verrannollinen pitoisuuseroon (C2 - C1 ) . Mitä suurempi pitoisuusero on, sitä suurempi on aineen molekyylien virtausnopeus. Kääntäen, mitä pienempi pitoisuusero on, sitä pienempi on aineen molekyylien virtausnopeus. Tämä voi olla sopusoinnussa oletuksemme kanssa, jonka mukaan pitoisuusero vaikuttaa myös molekyylien virtausnopeuteen. Diffuusion lisäksi aineiden (erityisesti kaasujen) molekyylit voivat liikkua paikasta toiseen myös tuulen avulla.
Diffuusion soveltaminen jokapäiväisessä elämässä
Ilman diffuusiota rakas kumppanisi ei voisi nauttia hajuvesi tuoksusta. Ilman diffuusiota äitisi keittiössä kokkaamisen herkullinen ja houkutteleva tuoksu ei voisi rikkoa unelmiasi ja saada sinua haluamaan syödä nopeasti ravitsevan aterian ruokapöydässä. 😉 Diffuusiolla on myös erittäin tärkeä rooli ihmisten, eläinten, kasvien jne. selviytymisessä.
Kasvit tarvitsevat tyypillisesti hiilidioksidia (CO2 ) yhteyttämiseen. Koska lehden sisäpuolen ja ulkoilman CO2-pitoisuudet eroavat toisistaan , CO2- molekyylit diffundoituvat lehteen ilmarakojen kautta. Kääntäen, vesihöyry ja happi diffundoituvat ulos lehdestä. Kasvien lisäksi myös kissat ja hiiret voivat tukehtua, jos diffuusiota ei tapahdu. Kasvit tarvitsevat CO2:ta yhteyttämiseen, kun taas kissat ja hiiret tarvitsevat happea jokaiseen energiaa tuottavaan reaktioon. Päästäkseen soluihin happimolekyylit liikkuvat diffuusion avulla.
