ถ้าเราสังเกตดีๆ ตอนแรกๆ เรายังคงเห็นควันจากการเผาไหม้อยู่ แต่หลังจากนั้นสักพัก ควันก็จะจางหายไป เคยใช้น้ำหอมไหม? แม้ว่าคุณจะฉีดน้ำหอมในห้องของคุณ คนนอกบ้านก็ยังได้กลิ่นหอมอยู่เช่นเดียวกัน ถ้าคุณแม่ของคุณทำอาหารอร่อยๆ ในครัว กลิ่นหอมก็จะลอยไปถึงบ้านเพื่อนบ้าน ทำไมถึงเป็นเช่นนั้น?
ความเข้าใจเกี่ยวกับการแพร่กระจาย
ยังมีตัวอย่างอื่นๆ อีกมากมาย เช่น ถ้าคุณหยดหมึกหรือสีผสมอาหารสองสามหยดลงในแก้วน้ำใส หมึกหรือสีผสมอาหารนั้นจะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งน้ำ กระบวนการนี้เกิดขึ้นเองโดยอัตโนมัติ ตัวอย่างข้างต้นเป็นปรากฏการณ์การแพร่กระจายที่พบเห็นได้บ่อยในชีวิตประจำวัน การแพร่กระจายคือกระบวนการเคลื่อนย้ายโมเลกุลของสารจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ ความเข้มข้นหมายถึงจำนวนโมเลกุล/โมลของสารต่อปริมาตร บริเวณที่มีความเข้มข้นสูงคือบริเวณที่มีโมเลกุลของสารจำนวนมากต่อปริมาตร ในทางกลับกัน บริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำคือบริเวณที่มีโมเลกุลจำนวนน้อยต่อปริมาตร
เมื่อคุณเผาขยะ ความเข้มข้นของควันรอบๆ เตาเผาขยะมักจะสูงมาก เนื่องจากความแตกต่างของความเข้มข้น โมเลกุลของควันจึงแพร่กระจายจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำโดยอัตโนมัติ โมเลกุลของควันซึ่งจับตัวกันเป็นก้อนในตอนแรก ในที่สุดก็จะกระจายตัวไปในทุกทิศทาง
เมื่อคุณฉีดน้ำหอมลงบนร่างกาย บริเวณที่ฉีดน้ำหอมจะมีปริมาณความเข้มข้นสูง เนื่องจากความแตกต่างของความเข้มข้นนี้ โมเลกุลของน้ำหอมจึงเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ ในทำนองเดียวกัน เมื่อคุณหยดหมึกหรือสีผสมอาหารสองสามหยดลงในน้ำเปล่าหนึ่งแก้ว บริเวณที่หยดหมึกหรือสีผสมอาหารลงไปก่อนมักมีความเข้มข้นสูงกว่า เนื่องจากความแตกต่างของความเข้มข้นนี้ โมเลกุลของหมึกหรือสีผสมอาหารจึงแพร่กระจายไปทั่วบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ กระบวนการแพร่กระจายจะหยุดลงเมื่อความเข้มข้นของโมเลกุลหมึกในทุกบริเวณของน้ำเท่ากัน
ทฤษฎีการแพร่และจลนศาสตร์
สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ กระบวนการแพร่สามารถอธิบายได้โดยใช้ทฤษฎีจลน์ ทฤษฎีจลน์กล่าวว่า ทุกสารประกอบด้วยโมเลกุล และโมเลกุลเหล่านี้เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องและสุ่ม เพื่อให้เข้าใจเรื่องนี้ ลองพิจารณาภาพด้านล่าง ภาชนะทั้งหมดเต็มไปด้วยน้ำ เนื่องจากมีการหยดหมึกลงไป น้ำที่ผิวหน้าของภาชนะจึงมีความเข้มข้นสูงกว่าน้ำที่ก้นภาชนะ
C1 คือส่วนของทรงกระบอกหรือส่วนของน้ำที่มีความเข้มข้นสูง ในขณะที่ C2 คือส่วนของทรงกระบอกหรือส่วนของน้ำที่มีความเข้มข้นต่ำ เพื่อให้การวิเคราะห์ง่ายขึ้น เราจะตรวจสอบเฉพาะการเคลื่อนที่ของโมเลกุลหมึกในใจกลางทรงกระบอกเท่านั้น
จำนวนโมเลกุลหมึกที่จุด C1 มีมากกว่า (ความเข้มข้นสูง) เมื่อเทียบกับโมเลกุลหมึกที่จุด C2 (ความเข้มข้นต่ำ) เนื่องจากโมเลกุลหมึกเคลื่อนที่แบบสุ่มอยู่ตลอดเวลา โมเลกุลหมึกที่จุด C1 จึงมีโอกาสเคลื่อนที่เข้าหาจุดศูนย์กลางของทรงกระบอก ( Δx ) มากกว่า ในทางกลับกัน จำนวนโมเลกุลหมึกที่จุด C2 มีน้อยมาก ดังนั้นจึงมีโอกาสน้อยมากที่จะเคลื่อนที่เข้าหาจุดศูนย์กลางของทรงกระบอก ( Δx )
อัตราการแพร่กระจาย
ดังนั้น จะมีการไหลของโมเลกุลหมึกทั้งหมดจาก C1 ไปยัง C2 จากการวิจัยของนักสรีรวิทยาชื่อ อดอล์ฟ ฟิก (ค.ศ. 1829-1901) พบว่า อัตราการแพร่กระจายแปรผันตรงกับความแตกต่างของความเข้มข้น (C2 - C1 )ยิ่งความแตกต่างของความเข้มข้นมากเท่าใด อัตราการไหลของโมเลกุลสารก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในทางกลับกัน ยิ่งความแตกต่างของความเข้มข้นน้อยเท่าใด อัตราการไหลของโมเลกุลสารก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น นี่อาจสอดคล้องกับสมมติฐานของเราที่ว่า ความแตกต่างของความเข้มข้นส่งผลต่ออัตราการไหลของโมเลกุลด้วย นอกจากการเคลื่อนที่จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งโดยการแพร่กระจายแล้ว โมเลกุลของสาร (โดยเฉพาะก๊าซ) ยังสามารถเคลื่อนที่จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งได้โดยอาศัยลมอีกด้วย
การประยุกต์ใช้การแพร่กระจายในชีวิตประจำวัน
หากไม่มีการกระจายกลิ่น คนรักของคุณก็จะไม่ได้รับรู้ถึงกลิ่นหอมของน้ำหอมของคุณ เช่นเดียวกับกลิ่นหอมน่ารับประทานจากฝีมือการทำอาหารของคุณแม่ในครัว ที่ไม่ได้ถูกกระจายออกไป ทำให้คุณไม่อยากรีบกินอาหารมื้ออร่อยนั้นให้หมดจาน 😉 การกระจายกลิ่นยังมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อการอยู่รอดของมนุษย์ สัตว์ พืช และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ อีกด้วย
โดยทั่วไปพืชต้องการคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 ) สำหรับการสังเคราะห์แสง เนื่องจากความเข้มข้นของ CO2 ภายใน ใบและอากาศภายนอก แตกต่างกันโมเลกุลของ CO2จึงแพร่เข้าสู่ใบผ่านทางปากใบ ในทางกลับกัน ไอน้ำและออกซิเจนจะแพร่ออกไป นอกจากพืชแล้ว แมว หนู และสัตว์อื่นๆ ก็อาจขาดอากาศหายใจได้หากไม่มีการแพร่ ในขณะที่พืชต้องการ CO2 สำหรับการสังเคราะห์แสง แมว หนู และสัตว์อื่นๆ ต้องการออกซิเจนสำหรับปฏิกิริยาที่สร้างพลังงานทุกชนิด โมเลกุลของออกซิเจนจะเคลื่อนที่โดยการแพร่เพื่อไปถึงเซลล์
