Che cos'è la diffusione?
In termini generali, diffusione significa semplicemente la diffusione di una sostanza o qualità da un'area di concentrazione relativamente elevata a un'area di concentrazione inferiore. Il termine è più comunemente usato per descrivere il processo mediante il quale molecole di diverso tipo raggiungono una concentrazione uniforme, dopo essere state inizialmente distribuite in modo non uniforme, attraverso i loro movimenti casuali. Questo a volte viene chiamato diffusione molecolare e svolge un ruolo chiave in molte aree della fisica, della chimica e della biologia. È strettamente correlato al modo in cui le cellule assorbono i nutrienti, quindi la vita non potrebbe esistere senza di essa. Il termine può anche riferirsi alla diffusione del calore o della luce o, nel contesto delle scienze sociali, alla diffusione di idee o innovazioni attraverso la società.
Diffusione molecolare
Le molecole sono costantemente in movimento, a causa della presenza di calore; anche a temperature estremamente basse, è presente una certa energia termica, che dà movimento termico alle particelle. Nei solidi, le particelle sono trattenute in una struttura relativamente rigida e non possono allontanarsi troppo dalle loro posizioni iniziali, ma in liquidi e gas, sono libere di muoversi in modo meno limitato. Questo movimento è casuale, dal momento che le molecole rimbalzano costantemente l'una contro l'altra, in modo che non vi siano schemi generali. Questo movimento casuale è ciò che consente la diffusione. La velocità con cui si verifica il fenomeno aumenta con la temperatura, all'aumentare della velocità con cui si muovono le particelle.
Se due gas diversi alla stessa temperatura vengono messi in contatto l'uno con l'altro, nel tempo il movimento casuale delle loro molecole li farà mescolare fino a quando non saranno distribuiti uniformemente, senza l'influenza di alcun fattore esterno. Un fenomeno simile può essere osservato spesso con due liquidi diversi, ma a volte, a causa di fattori chimici, i liquidi non si mescolano. Ad esempio, l'aggiunta di olio vegetale all'acqua non provoca diffusione. Quando un solido viene sciolto in un liquido, le sue molecole si diffonderanno in tutto il liquido.
Nei liquidi che si mescolano, la diffusione può essere osservabile se i liquidi sono di diversi colori. Tuttavia, questo fenomeno non deve essere confuso con la convezione o l'avvezione, che comportano il movimento di massa di fluidi da parte di correnti che richiedono una fonte di energia. La diffusione è una forma di ciò che gli scienziati chiamano trasporto passivo, ovvero movimenti che si verificano senza che sia necessaria ulteriore energia. Nell'esempio spesso citato di una goccia di colorante colorato che viene aggiunto a un bicchiere d'acqua, gran parte della miscelazione che si verifica è in realtà dovuta alle correnti create dal movimento iniziale della goccia di colorante sotto gravità. Negli esperimenti che eliminano questo e simili effetti, si può osservare la vera diffusione; ad esempio, si può vedere che l'acqua colorata si diffonde attraverso un gel, ma questo è un processo molto più lento.
Importanza per la vita
La diffusione svolge anche un ruolo nei processi coinvolti nella vita di una cellula, in particolare nel trasporto di nutrienti, aminoacidi e altre sostanze essenziali da un luogo a un altro. L'osmosi, il processo mediante il quale le molecole vengono trasportate attraverso le pareti e le membrane delle singole cellule vegetali e animali, è una forma di diffusione. Una parete cellulare è una membrana permeabile selettivamente, o una attraverso la quale possono passare determinate molecole, ma altre no. Se, da un lato di una membrana, esiste una soluzione ad alta concentrazione, mentre dall'altro lato è la stessa soluzione in una concentrazione più bassa, il solvente tenderà a spostarsi nell'area di concentrazione più alta fino a quando le due soluzioni non raggiungeranno l'equilibrio . Ciò può verificarsi solo se le molecole del soluto - la sostanza disciolta - sono più grandi di quelle del solvente. Le molecole di solvente più piccole possono passare attraverso la membrana, mentre quelle più grandi sono troppo grandi per farlo e devono rimanere dall'altra parte.
Altre forme di diffusione
Diffusione può anche significare la diffusione del calore attraverso un solido, sebbene questo sia generalmente indicato come conduzione, e la diffusione della luce attraverso una sostanza traslucida - ad esempio il vetro smerigliato in una lampadina usata per fornire una luce "diffusa" che è più piacevole alla vista. Al di fuori del contesto della fisica, il termine può essere usato per descrivere la diffusione di un'idea o di una tecnologia innovativa attraverso una popolazione attraverso il contatto tra le persone, la conformità all'interno di un gruppo o attraverso l'osservazione dei benefici apportati agli altri.