자세히 보면 처음에는 연소로 인한 연기가 보입니다. 하지만 시간이 지나면 연기는 더 이상 보이지 않습니다. 향수를 사용해 보신 적이 있나요? 방 안에 향수를 뿌려도 집 밖에 있는 사람들도 향수 냄새를 맡을 수 있습니다. 어머니께서 부엌에서 맛있고 먹음직스러운 음식을 만드시면 이웃집에서도 음식 냄새가 풍겨옵니다. 왜 그럴까요?
이 외에도 많은 예가 있습니다. 맑은 물이 담긴 유리잔에 잉크 몇 방울을 떨어뜨리면 잉크나 식용 색소가 물 전체에 고르게 퍼집니다. 이는 자동으로 일어나는 현상입니다. 앞서 언급한 예들은 일상생활에서 흔히 접하는 확산 현상입니다. 확산이란 물질이 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 과정입니다. 여기서 농도란 단위 부피당 물질의 분자 수/몰 수를 의미합니다. 농도가 높은 곳은 단위 부피당 물질 분자가 많은 곳이고, 반대로 농도가 낮은 곳은 단위 부피당 분자 수가 적은 곳입니다.
쓰레기를 태울 때, 일반적으로 타는 쓰레기 주변의 연기 농도는 상당히 높습니다. 농도가 서로 다르기 때문에 연기 분자는 자연스럽게 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 퍼져 나갑니다. 처음에 한곳에 모였던 연기 분자들은 결국 모든 방향으로 흩어지게 됩니다.
몸에 향수를 뿌리면 향수가 뿌려진 부위는 농도가 높습니다. 농도 차이 때문에 향수 분자는 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동합니다. 마찬가지로 맑은 물 한 컵에 잉크나 식용 색소를 몇 방울 떨어뜨리면, 처음 떨어뜨린 부분의 물 농도가 일반적으로 높습니다. 농도 차이로 인해 잉크 분자나 식용 색소 분자는 농도가 낮은 물의 모든 부분으로 퍼져 나갑니다. 확산 과정은 물 전체의 잉크 분자 농도가 같아지면 멈춥니다.
확산 과정은 운동론을 이용하여 설명할 수 있다는 점을 참고해 주십시오. 운동론에 따르면 모든 물질은 분자로 구성되어 있으며, 이 분자들은 끊임없이 무작위로 움직입니다. 이를 이해하기 위해 아래 그림을 살펴보십시오. 용기 전체에 물이 채워져 있습니다. 잉크가 떨어지면서 용기 표면의 물의 농도가 바닥의 물보다 높아집니다.
C1 원통형 부분 또는 물의 일부로서 농도가 높은 부분을 의미하며, C는...2 원통형 부분은 물 속에서 잉크 농도가 낮은 부분입니다. 분석을 용이하게 하기 위해 원통 중심부에서 잉크 분자의 움직임만 관찰합니다.
C에 있는 잉크 분자의 수1 C에 있는 잉크 분자보다 농도가 더 높습니다.2 (낮은 농도). 잉크 분자는 무작위로 움직이기 때문에 C에 있는 잉크 분자는1 원통 중심(Δx)으로 이동할 확률이 더 높습니다. 반대로, C에 있는 잉크 분자의 수는 더 적습니다.2 크기가 매우 작아서 원통 중심(Δx)으로 이동할 가능성이 거의 없습니다. 따라서 C에서 잉크 분자의 총 흐름이 발생합니다.1 C로2생리학자 아돌프 픽(1829-1901)의 연구에 따르면 확산 속도는 농도 차이(C)에 정비례한다는 사실이 밝혀졌습니다.2 - C1농도 차이가 클수록 물질 분자의 흐름 속도가 빨라집니다.
반대로, 농도 차이가 작을수록 물질 분자의 유속은 낮아집니다. 이는 농도 차이가 분자의 유속에도 영향을 미친다는 우리의 예상과 일치합니다. 물질 분자(특히 기체 물질)는 확산에 의한 이동 외에도 바람의 도움을 받아 한 곳에서 다른 곳으로 이동할 수 있습니다.
일상생활에서의 확산 응용
확산이 없다면 사랑하는 여자친구는 당신의 향수를 즐길 수 없을 것입니다. 마찬가지로, 확산이 없다면 맛있고 먹음직스러운 어머니의 요리 냄새가 당신의 몽상을 깨우고 식탁에 차려진 영양가 있는 음식을 빨리 먹고 싶게 만들지도 못할 것입니다. 확산은 인간, 동물, 식물 등의 생존에 있어서도 매우 중요한 역할을 합니다.
식물은 일반적으로 광합성을 하기 위해 이산화탄소(CO₂)를 필요로 합니다 . 잎 내부와 공기 사이의 CO₂ 농도 차이 때문에 CO₂ 분자 는 기공을 통해 잎 안으로 확산됩니다. 반대로 수증기와 산소는 밖으로 확산됩니다. 식물뿐만 아니라 고양이, 쥐 등도 확산이 일어나지 않으면 질식사할 수 있습니다. 식물이 광합성을 위해 CO₂가 필요하다면 , 고양이, 쥐 등은 에너지를 생성하는 모든 반응에 산소가 필요합니다. 산소 분자는 확산을 통해 세포 내부로 이동합니다 .
