仔細觀察,一開始可以看到燃燒產生的煙霧。過一段時間後,煙霧就看不見了。你用過香水嗎?即使你在房間裡噴灑香水,屋外的人也能聞到香味。如果媽媽在廚房做了美味可口的飯菜,鄰居家也能聞到香味。這是為什麼呢?
還有許多其他例子。如果你在一杯清水中滴入幾滴墨水或食用色素,墨水或色素會均勻地擴散到水中。這是自動發生的。以上一些例子都是日常生活常見的擴散現象。擴散是指物質從高濃度區域移動到低濃度區域的過程。濃度指的是單位體積內物質的分子數/摩爾數。高濃度區域是指單位體積內物質分子數量較多的區域。相反,低濃度區域是指單位體積內物質分子數量較少的區域。
焚燒垃圾時,燃燒垃圾周圍的煙霧濃度通常很高。由於濃度差異,煙霧分子會自動從高濃度區域擴散到低濃度區域。最初聚集在一起的煙霧分子最終會向四面八方擴散。
當你在身上噴灑香水時,噴灑部位的濃度較高。由於濃度存在差異,香水分子會從高濃度區域擴散到低濃度區域。當你在一杯清水中滴入幾滴墨水或食用色素時,最先滴入墨水或色素的那部分水通常濃度較高。由於濃度不同,墨水或色素分子會擴散到水中所有濃度較低的區域。當水中各部位的墨水或色素分子濃度相同時,擴散過程就會停止。
請注意,擴散過程可以用分子動力學理論來解釋。分子動力學理論指出,所有物質都由分子組成,這些分子不斷地隨機移動。為了更好地理解這一點,請觀察下圖。容器的各個部分都裝滿了水。由於墨水滴落,容器表面的水濃度高於底部的水。
C1 是圓柱形部分或水中高濃度部分,而 C2 是濃度較低的圓柱形部分或水體的一部分。為了方便分析,我們只觀察圓柱體中心墨水分子的運動。
C 中墨水分子的數量1 比C中的墨水分子濃度更高(濃度更高)。2 (低濃度)。由於墨水分子隨機運動,C中的墨水分子1 更有可能向圓柱體中心移動(Δx)。相反,C 中的墨水分子數量2 由於體積很小,它向圓柱體中心移動的可能性也很小(Δx)。因此,墨水分子的總流動量將從C點開始。1 到C2生理學家阿道夫·菲克(Adolf Fick,1829-1901)的研究發現,擴散速率與濃度差(C)成正比。2 - C1濃度差越大,物質分子的流動速率越高。
反之,濃度差越小,物質分子的流動速率越低。這可能與我們預期濃度差也會影響分子流動速率相符。除了透過擴散交換位置外,物質分子(尤其是氣體分子)還可以藉助風力從一個地方移動到另一個地方。
擴散在日常生活中的應用
如果沒有擴散,你心愛的女朋友就無法享受你的香水味。如果沒有擴散,媽媽在廚房裡烹調的美味佳餚的香氣也無法驅散你的遐想,讓你迫不及待地想要享用餐桌上的營養美食。擴散在人類、動物、植物等生物的生存中也扮演著重要的角色。
植物通常需要二氧化碳(CO₂ )來進行光合作用。由於葉片內部和空氣中CO₂濃度有差異,CO₂分子會經由氣孔擴散進入葉片。相反,水蒸氣和氧氣則會擴散出去。除了植物,如果沒有這種擴散作用,貓、老鼠等動物也會窒息而死。如果植物需要CO₂來進行光合作用,那麼貓、老鼠等動物在產生能量的反應中就需要氧氣。氧分子透過擴散作用進入細胞。