Nếu quan sát kỹ, ban đầu vẫn có thể thấy khói từ đám cháy. Sau một lúc, khói sẽ biến mất. Bạn đã bao giờ dùng nước hoa chưa? Ngay cả khi bạn xịt nước hoa trong phòng, người bên ngoài vẫn có thể ngửi thấy mùi hương. Tương tự, nếu mẹ bạn nấu một món ăn ngon và hấp dẫn trong bếp, mùi thơm có thể lan đến nhà hàng xóm. Tại sao lại như vậy?
Hiểu về sự khuếch tán
Có rất nhiều ví dụ khác. Nếu bạn nhỏ vài giọt mực hoặc màu thực phẩm vào một cốc nước trong, mực hoặc màu thực phẩm sẽ lan đều khắp nước. Điều này xảy ra một cách tự động. Các ví dụ trên là những hiện tượng khuếch tán thường gặp trong cuộc sống hàng ngày. Khuếch tán là quá trình di chuyển các phân tử của một chất từ vùng có nồng độ cao đến vùng có nồng độ thấp. Nồng độ đề cập đến số lượng phân tử/mol của một chất trên một thể tích. Nơi có nồng độ cao là nơi có nhiều phân tử của một chất trên một thể tích. Ngược lại, nơi có nồng độ thấp là nơi có ít phân tử trên một thể tích.
Khi đốt rác, nồng độ khói xung quanh lò đốt thường khá cao. Do sự khác biệt về nồng độ, các phân tử khói tự động lan tỏa từ vùng có nồng độ cao đến vùng có nồng độ thấp. Các phân tử khói ban đầu tụ lại thành từng cụm, cuối cùng sẽ phân tán theo mọi hướng.
Khi bạn xịt nước hoa lên cơ thể, vùng được xịt nước hoa sẽ có nồng độ cao hơn. Do sự khác biệt về nồng độ này, các phân tử nước hoa sẽ di chuyển từ vùng có nồng độ cao đến vùng có nồng độ thấp. Khi bạn nhỏ vài giọt mực hoặc màu thực phẩm vào một cốc nước trong, vùng được nhỏ mực hoặc màu thực phẩm đầu tiên thường có nồng độ cao hơn. Do sự khác biệt về nồng độ này, các phân tử mực hoặc màu thực phẩm sẽ khuếch tán khắp vùng có nồng độ thấp. Quá trình khuếch tán dừng lại khi nồng độ phân tử mực ở tất cả các vùng nước bằng nhau.
Lý thuyết khuếch tán và động học
Điều quan trọng cần lưu ý là quá trình khuếch tán có thể được giải thích bằng lý thuyết động học. Lý thuyết động học cho rằng mọi chất đều được cấu tạo từ các phân tử, và các phân tử này luôn chuyển động ngẫu nhiên liên tục. Để hiểu điều này, hãy xem hình ảnh bên dưới. Toàn bộ bình chứa được đổ đầy nước. Vì mực đã được nhỏ vào nên nước ở bề mặt bình có nồng độ cao hơn nước ở đáy.
C1 là phần của xi lanh hoặc phần nước có nồng độ cao, trong khi C2 Đó là phần của xi lanh hoặc phần nước có nồng độ thấp. Để đơn giản hóa phân tích, chúng ta sẽ chỉ xem xét sự chuyển động của các phân tử mực ở trung tâm của xi lanh.
Số lượng phân tử mực tại C1 lớn hơn (nồng độ cao) so với số lượng phân tử mực tại C2 ( nồng độ thấp). Vì các phân tử mực liên tục chuyển động ngẫu nhiên, nên các phân tử mực tại C1 có xác suất di chuyển về phía tâm của xi lanh cao hơn ( Δx ). Ngược lại, số lượng phân tử mực tại C2 rất nhỏ nên chúng có xác suất di chuyển về phía tâm của xi lanh rất nhỏ ( Δx ).
Tốc độ khuếch tán
Như vậy, sẽ có một dòng chảy tổng cộng các phân tử mực từ C1 đến C2 . Theo nghiên cứu của nhà sinh lý học Adolf Fick (1829-1901), tốc độ khuếch tán tỷ lệ thuận với sự khác biệt về nồng độ (C2 - C1 ) . Sự khác biệt về nồng độ càng lớn, tốc độ dòng chảy của các phân tử chất càng lớn. Ngược lại, sự khác biệt về nồng độ càng nhỏ, tốc độ dòng chảy của các phân tử chất càng nhỏ. Điều này có thể phù hợp với giả thuyết của chúng ta rằng sự khác biệt về nồng độ cũng ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy của các phân tử. Ngoài việc di chuyển từ nơi này sang nơi khác bằng khuếch tán, các phân tử chất (đặc biệt là khí) cũng có thể di chuyển từ nơi này sang nơi khác nhờ sự trợ giúp của gió.
Ứng dụng của sự khuếch tán trong cuộc sống thường nhật
Nếu không có sự khuếch tán, người yêu của bạn sẽ không thể tận hưởng hương thơm nước hoa của bạn. Nếu không có sự khuếch tán, mùi thơm ngon hấp dẫn của món ăn mẹ bạn nấu trong bếp sẽ không thể phá vỡ những suy nghĩ miên man của bạn và khiến bạn muốn nhanh chóng thưởng thức bữa ăn bổ dưỡng trên bàn. 😉 Sự khuếch tán cũng đóng vai trò rất quan trọng trong sự sống còn của con người, động vật, thực vật, v.v.
Thông thường, thực vật cần carbon dioxide (CO2 ) để quang hợp. Do có sự khác biệt về nồng độ CO2 giữa bên trong lá và không khí bên ngoài, các phân tử CO2 khuếch tán vào lá qua khí khổng. Ngược lại, hơi nước và oxy khuếch tán ra ngoài. Ngoài thực vật, mèo, chuột, v.v., cũng có thể bị ngạt thở nếu không có sự khuếch tán. Trong khi thực vật cần CO2 cho quá trình quang hợp, mèo, chuột, v.v. cần oxy cho mọi phản ứng tạo năng lượng. Để đến được các tế bào, các phân tử oxy di chuyển bằng cách khuếch tán.
