Jeśli przyjrzymy się uważnie, dym z paleniska będzie początkowo nadal widoczny. Po chwili stanie się niewidoczny. Czy kiedykolwiek używałeś perfum? Nawet jeśli rozpylisz perfumy w swoim pokoju, inni na zewnątrz nadal będą czuć ich zapach. Podobnie, jeśli Twoja mama ugotuje pyszny i apetyczny posiłek w kuchni, aromat będzie czuć z domów sąsiadów. Dlaczego tak się dzieje?
Zrozumienie dyfuzji
Istnieje wiele innych przykładów. Jeśli dodasz kilka kropli tuszu lub barwnika spożywczego do szklanki z czystą wodą, tusz lub barwnik spożywczy rozprowadzi się równomiernie w wodzie. Dzieje się to automatycznie. Poprzednie przykłady to zjawiska dyfuzji, często spotykane w życiu codziennym. Dyfuzja to proces przemieszczania cząsteczek substancji z obszaru o wysokim stężeniu do obszaru o niskim stężeniu. Stężenie odnosi się do liczby cząsteczek/moli substancji w przeliczeniu na objętość. Miejsce o wysokim stężeniu to miejsce, w którym w przeliczeniu na objętość znajduje się wiele cząsteczek substancji. Natomiast miejsce o niskim stężeniu to miejsce, w którym w przeliczeniu na objętość znajduje się niewiele cząsteczek.
Podczas spalania śmieci stężenie dymu wokół spalarni jest zazwyczaj dość wysokie. Z powodu różnicy w stężeniu, cząsteczki dymu automatycznie rozprzestrzeniają się z obszarów o wysokim stężeniu do obszarów o niskim stężeniu. Cząsteczki dymu, które początkowo skupiały się w jedną całość, ostatecznie rozpraszają się we wszystkich kierunkach.
Podczas spryskiwania ciała perfumami, obszar, na który są rozpylane, charakteryzuje się wysokim stężeniem. Z powodu tej różnicy w stężeniu, cząsteczki perfum przemieszczają się z obszaru o wysokim stężeniu do obszaru o niskim stężeniu. Po dodaniu kilku kropli tuszu lub barwnika spożywczego do szklanki z czystą wodą, obszar, na który pierwotnie nałożono tusz lub barwnik spożywczy, zazwyczaj charakteryzuje się wyższym stężeniem. Z powodu tej różnicy w stężeniu, cząsteczki tuszu lub barwnika spożywczego dyfundują przez obszar o niskim stężeniu. Proces dyfuzji zatrzymuje się, gdy stężenie cząsteczek tuszu we wszystkich obszarach wody jest równe.
Teoria dyfuzji i kinetyki
Należy zauważyć, że proces dyfuzji można wyjaśnić za pomocą teorii kinetycznej. Teoria kinetyczna głosi, że każda substancja składa się z cząsteczek, które poruszają się w sposób ciągły i chaotyczny. Aby to zrozumieć, spójrz na poniższy obrazek. Cały pojemnik jest wypełniony wodą. Ponieważ wlano do niego atrament, woda na powierzchni pojemnika ma wyższe stężenie niż woda na dnie.
C1 jest częścią cylindra lub częścią wody o wysokim stężeniu, podczas gdy C2 to część cylindra lub część wody o niskim stężeniu. Aby uprościć analizę, zbadamy tylko ruch cząsteczek atramentu w środku cylindra.
Liczba cząsteczek atramentu w punkcie C1 jest większa (wysokie stężenie) niż liczba cząsteczek atramentu w punkcie C2 ( niskie stężenie). Ponieważ cząsteczki atramentu stale poruszają się losowo, cząsteczki atramentu w punkcie C1 mają większe prawdopodobieństwo przemieszczania się w kierunku środka cylindra ( Δ x). Z kolei liczba cząsteczek atramentu w punkcie C2 jest bardzo mała, więc prawdopodobieństwo ich przemieszczania się w kierunku środka cylindra ( Δ x) jest bardzo małe.
Szybkość dyfuzji
Tak więc będzie całkowity przepływ cząsteczek tuszu z C1 do C2 . Według badań przeprowadzonych przez fizjologa o nazwisku Adolf Fick (1829-1901), odkryto, że szybkość dyfuzji jest wprost proporcjonalna do różnicy stężeń (C2 - C1 ) . Im większa różnica stężeń, tym większa szybkość przepływu cząsteczek substancji. I odwrotnie, im mniejsza różnica stężeń, tym mniejsza szybkość przepływu cząsteczek substancji. Może to być zgodne z naszym założeniem, że różnica stężeń wpływa również na szybkość przepływu cząsteczek. Oprócz przemieszczania się z miejsca na miejsce poprzez dyfuzję, cząsteczki substancji (zwłaszcza gazów) mogą również przemieszczać się z jednego miejsca do drugiego za pomocą wiatru.
Zastosowanie dyfuzji w życiu codziennym
Bez dyfuzji Twój ukochany partner nie mógłby cieszyć się zapachem Twoich perfum. Bez dyfuzji pyszny i apetyczny aromat gotowania Twojej mamy w kuchni nie mógłby wyrwać Cię z zamyślenia i sprawić, że będziesz chciał szybko dokończyć pożywny posiłek na stole. 😉 Dyfuzja odgrywa również bardzo ważną rolę w przetrwaniu ludzi, zwierząt, roślin itp.
Rośliny zazwyczaj potrzebują dwutlenku węgla (CO2 ) do fotosyntezy. Ponieważ istnieje różnica w stężeniu CO2 między wnętrzem liścia a powietrzem zewnętrznym, cząsteczki CO2 dyfundują do liścia przez aparaty szparkowe. Natomiast para wodna i tlen dyfundują na zewnątrz. Oprócz roślin, koty, myszy itp. również mogą się udusić, jeśli nie ma dyfuzji. Podczas gdy rośliny potrzebują CO2 do fotosyntezy, koty, myszy itp. potrzebują tlenu do każdej reakcji energetycznej. Aby dotrzeć do komórek, cząsteczki tlenu przemieszczają się poprzez dyfuzję.
