Als we goed kijken, zien we in eerste instantie nog rook van het vuur. Na een tijdje is de rook onzichtbaar. Heb je wel eens parfum gebruikt? Zelfs als je parfum in je kamer spuit, kunnen anderen buiten het huis de geur nog steeds ruiken. Zo ook, als je moeder een heerlijke maaltijd kookt, kunnen de buren de geur ruiken. Hoe kan dat?
Inzicht in diffusie
Er zijn nog veel meer voorbeelden. Als je een paar druppels inkt of kleurstof in een glas helder water doet, zal de inkt of kleurstof zich gelijkmatig door het water verspreiden. Dit gebeurt automatisch. De eerdergenoemde voorbeelden zijn diffusieprocessen die we vaak in het dagelijks leven ervaren. Diffusie is het proces waarbij moleculen van een stof zich verplaatsen van een gebied met een hoge concentratie naar een gebied met een lage concentratie. Concentratie verwijst naar het aantal moleculen/mol van een stof per volume. Een plaats met een hoge concentratie is een plaats waar veel moleculen van een stof per volume aanwezig zijn. Omgekeerd is een plaats met een lage concentratie een plaats waar weinig moleculen per volume aanwezig zijn.
Bij het verbranden van afval is de rookconcentratie rond de verbrandingsoven meestal vrij hoog. Door dit concentratieverschil verspreiden de rookmoleculen zich automatisch van gebieden met een hoge concentratie naar gebieden met een lage concentratie. De rookmoleculen, die aanvankelijk samenklonterden, verspreiden zich uiteindelijk in alle richtingen.
Wanneer je parfum op je lichaam sprayt, heeft het gebied waar het parfum wordt gespoten een hoge concentratie. Door dit concentratieverschil bewegen de parfummoleculen zich van het gebied met hoge concentratie naar het gebied met lage concentratie. Wanneer je een paar druppels inkt of kleurstof toevoegt aan een glas helder water, heeft het gebied waar de inkt of kleurstof als eerste werd aangebracht meestal een hogere concentratie. Door dit concentratieverschil verspreiden de inkt- of kleurstofmoleculen zich door het gebied met lage concentratie. Het verspreidingsproces stopt zodra de concentratie van inktmoleculen in alle delen van het water gelijk is.
Diffusie- en kinetische theorie
Het is belangrijk om te weten dat het diffusieproces kan worden verklaard met behulp van de kinetische theorie. De kinetische theorie stelt dat elke stof is opgebouwd uit moleculen, en dat deze moleculen zich continu en willekeurig bewegen. Om dit te begrijpen, bekijk de onderstaande afbeelding. De hele container is gevuld met water. Omdat er inkt in is gedruppeld, heeft het water aan het oppervlak van de container een hogere concentratie dan het water op de bodem.
C1 is het deel van de cilinder of het deel van het water met een hoge concentratie, terwijl C2 is het deel van de cilinder of het deel van het water met een lage concentratie. Om de analyse te vereenvoudigen, zullen we alleen de beweging van de inktmoleculen in het midden van de cilinder onderzoeken.
Het aantal inktmoleculen bij C1 is groter (hoge concentratie) dan het aantal inktmoleculen bij C2 ( lage concentratie). Omdat de inktmoleculen constant willekeurig bewegen, hebben de inktmoleculen bij C1 een grotere kans om naar het midden van de cilinder te bewegen ( Δx ). Omgekeerd is het aantal inktmoleculen bij C2 erg klein, waardoor ze een zeer kleine kans hebben om naar het midden van de cilinder te bewegen ( Δx ).
Diffusiesnelheid
Er zal dus een totale stroom inktmoleculen van C1 naar C2 plaatsvinden . Volgens onderzoek van de fysioloog Adolf Fick (1829-1901) is gebleken dat de diffusiesnelheid rechtstreeks evenredig is met het concentratieverschil (C2 - C1 ) . Hoe groter het concentratieverschil, hoe groter de stroomsnelheid van de moleculen. Omgekeerd geldt dat hoe kleiner het concentratieverschil, hoe kleiner de stroomsnelheid van de moleculen. Dit komt overeen met onze aanname dat het concentratieverschil ook de stroomsnelheid van moleculen beïnvloedt. Naast diffusie kunnen moleculen van stoffen (met name gassen) zich ook verplaatsen door middel van wind.
Toepassing van diffusie in het dagelijks leven
Zonder diffusie zou je geliefde partner niet kunnen genieten van de geur van je parfum. Zonder diffusie zou de heerlijke en smakelijke geur van je moeders kookkunsten je dagdromen niet verstoren en je niet de drang geven om snel van de voedzame maaltijd op tafel te genieten. 😉 Diffusie speelt ook een zeer belangrijke rol in het overleven van mensen, dieren, planten, enzovoort.
Planten hebben doorgaans koolstofdioxide (CO2 ) nodig voor fotosynthese. Omdat er een verschil is in CO2-concentratie tussen de binnenkant van het blad en de buitenlucht, diffunderen CO2- moleculen via de huidmondjes het blad in. Waterdamp en zuurstof diffunderen daarentegen naar buiten. Naast planten kunnen ook katten, muizen, enz. stikken als er geen diffusie plaatsvindt. Terwijl planten CO2 nodig hebben voor fotosynthese, hebben katten, muizen, enz. zuurstof nodig voor elke energieproducerende reactie. Om de cellen te bereiken, bewegen zuurstofmoleculen zich door diffusie.
