Hvad er diffusion?

Generelt betyder diffusion simpelthen spredning af et stof eller kvalitet fra et område med relativt høj koncentration til et område med lavere koncentration. Udtrykket er oftest brugt til at beskrive den proces, hvor molekyler af forskellige typer opnår en ensartet koncentration, efter at de oprindeligt er ujævnt fordelt gennem deres tilfældige bevægelser. Dette kaldes undertiden molekylær diffusion, og det spiller en nøglerolle på mange områder af fysik, kemi og biologi. Det er tæt forbundet med den måde, hvorpå celler optager næringsstoffer, og liv kan derfor ikke eksistere uden det. Udtrykket kan også henvise til spredning af varme eller lys eller i sammenhæng med samfundsvidenskab spredning af ideer eller innovationer gennem samfundet.

Molekylær diffusion

Molekyler er konstant i bevægelse på grund af tilstedeværelsen af ​​varme; selv ved ekstremt lave temperaturer er der noget varmeenergi, der giver partikler termisk bevægelse. I faste stoffer holdes partiklerne i en relativt stiv struktur og kan ikke forvildes for langt fra deres udgangspositioner, men i væsker og gasser er de frie til at bevæge sig på en mindre begrænset måde. Denne bevægelse er tilfældig, da molekylerne konstant springer fra hinanden, så der ikke er noget overordnet mønster. Denne tilfældige bevægelse er det, der tillader diffusion at forekomme. Den hastighed, hvormed fænomenet opstår, stiger med temperaturen, når hastigheden, hvormed partiklerne bevæger sig, øges.

Hvis to forskellige gasser ved den samme temperatur bringes i kontakt med hinanden, vil over tid den tilfældige bevægelse af deres molekyler få dem til at blandes, indtil de er jævnt fordelt, uden indflydelse fra nogen ydre faktor. Et lignende fænomen kan ofte observeres med to forskellige væsker, men nogle gange på grund af kemiske faktorer vil væskerne ikke blandes. For eksempel vil tilføjelse af vegetabilsk olie til vand ikke resultere i diffusion. Når et fast stof opløses i en væske, diffunderer dets molekyler gennem væsken.

I væsker, der blandes, kan diffusion være synlig, hvis væskerne har forskellige farver. Dette fænomen bør imidlertid ikke forveksles med konvektion eller advektion, som involverer bulkbevægelsen af ​​væsker ved strømme, der kræver en energikilde. Diffusion er en form for, hvad forskere kalder passiv transport, hvilket betyder bevægelse, der forekommer uden yderligere energi kræves. I det ofte citerede eksempel på, at en dråbe farvet farvestof føjes til et glas vand, skyldes meget af den blanding, der opstår, faktisk strømmen, der er oprettet ved den første bevægelse af dråbet farvestof under tyngdekraften. I eksperimenter, der eliminerer denne og lignende effekter, kan der observeres ægte diffusion; for eksempel ses farvet vand at diffundere gennem en gel, men dette er en meget langsommere proces.

Betydningen for livet

Diffusion spiller også en rolle i de processer, der er involveret i en celles liv, især transport af næringsstoffer, aminosyrer og andre essentielle stoffer fra et sted til et andet. Osmose, den proces, hvormed molekyler transporteres over væggene og membranerne i individuelle plante- og dyreceller, er en form for diffusion. En cellevæg er en selektivt permeabel membran, eller en gennem hvilken visse molekyler kan passere, men andre kan ikke. Hvis der på den ene side af en membran findes en opløsning med en høj koncentration, mens den på den anden side er den samme opløsning i en lavere koncentration, vil opløsningsmidlet have en tendens til at bevæge sig til området med højere koncentration, indtil de to opløsninger når ligevægt . Dette kan kun forekomme, hvis molekylerne i det opløste stof - det opløste stof - er større end opløsningsmidlets. De mindre opløsningsmiddelmolekyler kan passere gennem membranen, mens de større er for store til at gøre det, og skal forblive på den anden side.

Andre former for diffusion

Diffusion kan også betyde spredning af varme gennem et fast stof, selvom dette normalt benævnes ledning, og spredning af lys gennem et gennemskinneligt stof - for eksempel frostet glas i en pære, der bruges til at give et "diffust" lys, der er mere behagelig på øjet. Uden for fysikens kontekst kan udtrykket bruges til at beskrive spredningen af ​​en idé eller en innovativ teknologi gennem en befolkning gennem kontakt mellem mennesker, konformitet i en gruppe eller gennem observation af de fordele, som andre har bragt.