Ja ieskatāmies vērīgāk, sākumā degšanas dūmus joprojām var redzēt. Pēc kāda laika dūmi kļūst neredzami. Vai esat kādreiz lietojuši smaržas? Pat ja izsmidzināt smaržas savā istabā, citi ārpus mājas joprojām var sajust to aromātu. Tāpat, ja jūsu māte virtuvē gatavo gardu un ēstgribu rosinošu maltīti, aromātu var sajust no kaimiņu mājām. Kāpēc tas tā ir?
Difūzijas izpratne
Ir daudz citu piemēru. Ja glāzē ar dzidru ūdeni ievietojat dažus pilienus tintes vai pārtikas krāsvielas, tinte vai pārtikas krāsviela vienmērīgi izplatīsies pa visu ūdeni. Tas notiek automātiski. Iepriekšējie piemēri ir difūzijas notikumi, kas bieži rodas ikdienas dzīvē. Difūzija ir vielas molekulu pārvietošanas process no augstas koncentrācijas zonas uz zemas koncentrācijas zonu. Koncentrācija attiecas uz vielas molekulu/molu skaitu tilpumā. Augstas koncentrācijas vieta ir vieta, kur ir daudz vielas molekulu uz tilpumu. Turpretī zemas koncentrācijas vieta ir vieta, kur ir maz molekulu uz tilpumu.
Dedzinot atkritumus, dūmu koncentrācija ap atkritumu dedzinātavu parasti ir diezgan augsta. Koncentrācijas atšķirības dēļ dūmu molekulas automātiski izplatās no augstas koncentrācijas vietām uz zemas koncentrācijas vietām. Dūmu molekulas, kas sākotnēji salipušas kopā, galu galā izklīst visos virzienos.
Kad uz ķermeņa izsmidzina smaržas, zonā, kur smaržas tiek izsmidzinātas, ir augsta koncentrācija. Šīs koncentrācijas atšķirības dēļ smaržu molekulas pārvietojas no augstas koncentrācijas zonas uz zemas koncentrācijas zonu. Kad glāzei ar dzidru ūdeni pievieno dažus pilienus tintes vai pārtikas krāsvielas, zonā, kur tinte vai pārtikas krāsviela vispirms tika uzklāta, parasti ir augstāka koncentrācija. Šīs koncentrācijas atšķirības dēļ tintes vai pārtikas krāsvielas molekulas izkliedējas visā zemas koncentrācijas zonā. Difūzijas process apstājas, kad tintes molekulu koncentrācija visās ūdens zonās ir vienāda.
Difūzijas un kinētiskā teorija
Ir svarīgi atzīmēt, ka difūzijas procesu var izskaidrot, izmantojot kinētisko teoriju. Kinētiskā teorija apgalvo, ka katra viela sastāv no molekulām, un šīs molekulas atrodas nepārtrauktā, nejaušā kustībā. Lai to saprastu, aplūkojiet attēlu zemāk. Viss trauks ir piepildīts ar ūdeni. Tā kā tajā ir iepilināta tinte, ūdenim trauka virsmā ir augstāka koncentrācija nekā ūdenim apakšā.
C1 ir cilindra daļa vai ūdens daļa ar augstu koncentrāciju, savukārt C2 ir cilindra daļa vai ūdens daļa ar zemu koncentrāciju. Lai vienkāršotu analīzi, mēs pārbaudīsim tikai tintes molekulu kustību cilindra centrā.
Tintes molekulu skaits pie C1 ir lielāks (augsta koncentrācija) nekā tintes molekulu skaits pie C2 ( zema koncentrācija). Tā kā tintes molekulas pastāvīgi kustas nejauši, tintes molekulām pie C1 ir lielāka varbūtība pārvietoties cilindra centra virzienā ( Δx ). Un otrādi, tintes molekulu skaits pie C2 ir ļoti mazs, tāpēc tām ir ļoti maza varbūtība pārvietoties cilindra centra virzienā ( Δx ).
Difūzijas ātrums
Tādējādi notiks pilnīga tintes molekulu plūsma no C1 uz C2 . Saskaņā ar fiziologa Ādolfa Fika (1829–1901) veikto pētījumu tika atklāts, ka difūzijas ātrums ir tieši proporcionāls koncentrācijas starpībai (C2 - C1 ) . Jo lielāka koncentrācijas starpība, jo lielāks ir vielas molekulu plūsmas ātrums. Un otrādi, jo mazāka koncentrācijas starpība, jo mazāks ir vielas molekulu plūsmas ātrums. Tas varētu atbilst mūsu pieņēmumam, ka koncentrācijas starpība ietekmē arī molekulu plūsmas ātrumu. Papildus pārvietošanai no vietas uz vietu difūzijas ceļā, vielu (īpaši gāzu) molekulas var pārvietoties arī no vienas vietas uz otru, izmantojot vēja palīdzību.
Difūzijas pielietojums ikdienas dzīvē
Bez difūzijas jūsu mīļotais partneris nevarētu baudīt jūsu smaržu aromātu. Bez difūzijas jūsu mātes virtuvē gatavotā ēdiena gardais un ēstgribu rosinošais aromāts nespētu pārtraukt jūsu sapņus un likt jums vēlēties ātri pabeigt barojošo maltīti uz ēdamgalda. 😉 Difūzijai ir arī ļoti svarīga loma cilvēku, dzīvnieku, augu u.c. izdzīvošanā.
Augiem fotosintēzei parasti ir nepieciešams oglekļa dioksīds (CO2 ) . Tā kā CO2 koncentrācija lapas iekšpusē un ārējā gaisā atšķiras , CO2 molekulas difundē lapā caur atvārsnītēm. Savukārt ūdens tvaiki un skābeklis difundē ārā. Papildus augiem, arī kaķi, peles utt. var nosmakt, ja nav difūzijas. Kamēr augiem fotosintēzei ir nepieciešams CO2 , kaķiem, pelēm utt. katrai enerģiju ražojošai reakcijai ir nepieciešams skābeklis. Lai sasniegtu šūnas, skābekļa molekulas pārvietojas ar difūzijas palīdzību.
