Ha jobban megnézzük, az égés füstje eleinte még látható. Egy idő után a füst láthatatlanná válik. Használtál már parfümöt? Még ha be is fújod a parfümöt a szobádba, a házon kívül mások akkor is érezhetik az illatát. Hasonlóképpen, ha az édesanyád finom és étvágygerjesztő ételt főz a konyhában, az illat a szomszédok házából is átérződhet. Miért van ez így?
A diffúzió megértése
Sok más példa is van. Ha néhány csepp tintát vagy ételfestéket teszünk egy pohár tiszta vízbe, a tinta vagy ételfesték egyenletesen eloszlik a vízben. Ez automatikusan megtörténik. Az előző példák diffúziós események, amelyekkel gyakran találkozunk a mindennapi életben. A diffúzió az a folyamat, amelynek során egy anyag molekulái egy nagy koncentrációjú területről egy alacsony koncentrációjú területre kerülnek. A koncentráció az anyag molekuláinak/móljainak számát jelenti térfogategységenként. A nagy koncentrációjú hely az, ahol az anyagnak sok molekulája van térfogategységenként. Ezzel szemben az alacsony koncentrációjú hely az, ahol kevés molekula van térfogategységenként.
Amikor szemetet égetünk, a hulladékégető körüli füstkoncentráció általában meglehetősen magas. A koncentrációkülönbség miatt a füstmolekulák automatikusan a magas koncentrációjú területekről az alacsonyabb koncentrációjú területekre terjednek. A kezdetben összetapadt füstmolekulák végül minden irányba szétszóródnak.
Amikor parfümöt fújunk a testünkre, a permetezett terület nagy koncentrációjú. A koncentrációkülönbség miatt a parfüm molekulák a nagy koncentrációjú területről az alacsony koncentrációjú területre vándorolnak. Amikor néhány csepp tintát vagy ételfestéket cseppentünk egy pohár tiszta vízbe, az a terület, ahol a tintát vagy ételfestéket először felvittük, általában nagyobb koncentrációjú lesz. A koncentrációkülönbség miatt a tinta vagy ételfesték molekulái szétszóródnak az alacsony koncentrációjú területen. A diffúziós folyamat akkor áll le, amikor a tinta molekulák koncentrációja a víz minden területén egyenlővé válik.
Diffúzió és kinetikus elmélet
Fontos megjegyezni, hogy a diffúziós folyamat kinetikus elmélettel magyarázható. A kinetikus elmélet szerint minden anyag molekulákból áll, és ezek a molekulák folyamatos, véletlenszerű mozgásban vannak. Ennek megértéséhez vizsgáljuk meg az alábbi képet. A teljes tartályt víz tölti meg. Mivel tintát csöpögtettek bele, a tartály felszínén lévő víz koncentrációja nagyobb, mint az alján lévő vízé.
C1 a henger vagy a víz azon része, amely magas koncentrációjú, míg a C2 a henger vagy a víz azon része, amelynek alacsony a koncentrációja. Az elemzés egyszerűsítése érdekében csak a tintamolekulák mozgását vizsgáljuk meg a henger közepén.
A C1-nél lévő tintamolekulák száma nagyobb (nagy koncentráció), mint a C2-nél lévő tintamolekulák száma ( alacsony koncentráció). Mivel a tintamolekulák folyamatosan véletlenszerűen mozognak, a C1-nél lévő tintamolekulák nagyobb valószínűséggel mozdulnak el a henger közepe felé ( Δx ). Fordítva, a C2-nél lévő tintamolekulák száma nagyon kicsi , így nagyon kicsi a valószínűsége annak, hogy a henger közepe felé mozdulnak el ( Δx ).
Diffúziós ráta
Így a tintamolekulák teljes áramlása C1- től C2-ig történik . Adolf Fick (1829-1901) nevű fiziológus kutatása szerint a diffúzió sebessége egyenesen arányos a koncentrációkülönbséggel (C2 - C1 ) . Minél nagyobb a koncentrációkülönbség, annál nagyobb az anyag molekuláinak áramlási sebessége. Fordítva, minél kisebb a koncentrációkülönbség, annál kisebb az anyag molekuláinak áramlási sebessége. Ez összhangban lehet azzal a feltételezésünkkel, hogy a koncentrációkülönbség is befolyásolja a molekulák áramlási sebességét. A diffúzió útján történő helyváltoztatás mellett az anyagok (különösen a gázok) molekulái a szél segítségével is mozoghatnak egyik helyről a másikra.
A diffúzió alkalmazása a mindennapi életben
Diffúzió nélkül szeretett partnered nem tudná élvezni a parfümöd illatát. Diffúzió nélkül édesanyád konyhában főztjének finom és étvágygerjesztő aromája nem tudná megtörni az álmodozásodat, és arra késztetni, hogy gyorsan befejezd a tápláló étkezést az étkezőasztalon. 😉 A diffúzió nagyon fontos szerepet játszik az emberek, állatok, növények stb. túlélésében is.
A növényeknek jellemzően szén-dioxidra (CO2 ) van szükségük a fotoszintézishez. Mivel a levél belseje és a külső levegő CO2-koncentrációja eltérő , a CO2- molekulák a gázcserenyílásokon keresztül diffundálnak a levélbe. Ezzel szemben a vízgőz és az oxigén kidiffundál. A növényeken kívül a macskák, egerek stb. is megfulladhatnak, ha nincs diffúzió. Míg a növényeknek CO2-re van szükségük a fotoszintézishez , a macskáknak, egereknek stb. oxigénre van szükségük minden energiatermelő reakcióhoz. Ahhoz, hogy elérjék a sejteket, az oxigénmolekulák diffúzióval mozognak.
