拡散とは何ですか？

一般的に言えば、拡散とは単に、比較的高濃度の領域から低濃度の領域への物質または品質の広がりを意味します。 この用語は、さまざまなタイプの分子が、最初は不均一に分布した後、ランダムな動きによって均一な濃度を達成するプロセスを説明するために最も一般的に使用されます。 これは分子拡散と呼ばれることもあり、物理学、化学、生物学の多くの分野で重要な役割を果たします。 それは、細胞が栄養を吸収する方法と密接に関係しているため、それなしでは生命は存在できません。 この用語は、熱や光の広がり、または社会科学の文脈では、社会を通じてのアイデアや革新の広がりを指すこともあります。

分子拡散

熱の存在により、分子は常に動いています。 非常に低い温度でも、いくらかの熱エネルギーが存在し、粒子に熱運動を与えます。 固体では、粒子は比較的硬い構造に保持され、開始位置から遠く離れることはできませんが、液体や気体では、粒子は自由に動きます。 分子は絶え間なく跳ね返り、全体的なパターンはないため、この動きはランダムです。 このランダムな動きにより、拡散が発生します。 粒子が移動する速度が増加すると、現象が発生する速度は温度とともに上昇します。

同じ温度の2つの異なるガスが互いに接触すると、時間の経過とともに、分子のランダムな動きにより、外部要因の影響を受けずに、分子が均一に分布するまで混合されます。 2つの異なる液体でも同様の現象がよく見られますが、化学的要因により液体が混ざらないことがあります。 たとえば、植物油を水に加えても拡散しません。 固体が液体に溶解すると、その分子は液体全体に拡散します。

混合する液体では、液体の色が異なると拡散が観察される場合があります。 ただし、この現象を、エネルギー源を必要とする電流による流体のバルク移動を伴う対流または移流と混同しないでください。 拡散は、科学者が受動輸送と呼ぶものの1つの形式であり、追加のエネルギーを必要とせずに発生する動きを意味します。 頻繁に引用される着色された染料の滴がコップ1杯の水に追加される例では、発生する混合の多くは実際、重力下での染料の滴の初期移動によって設定される電流によるものです。 これと同様の効果を排除する実験では、真の拡散を観察できます。 たとえば、色の付いた水はゲルを介して拡散することがわかりますが、これは非常に遅いプロセスです。

生命にとっての重要性

拡散は、細胞の寿命に関係するプロセス、特に栄養素、アミノ酸、その他の必須物質のある場所から別の場所への輸送においても役割を果たします。 浸透は、分子が個々の植物や動物の細胞の壁や膜を介して輸送されるプロセスであり、拡散の一形態です。 細胞壁は、選択的に透過性の膜、または特定の分子は通過できますが、他の分子は通過できない膜です。 膜の一方の側に高濃度の溶液があり、他方の側に低濃度の同じ溶液がある場合、2つの溶液が平衡に達するまで、溶媒は高濃度の領域に移動する傾向があります。 これは、溶質の分子（溶解した物質）が溶媒の分子よりも大きい場合にのみ発生します。 小さい溶媒分子は膜を通過できますが、大きい溶媒分子は大きすぎて通過できず、反対側に残らなければなりません。

拡散の他の形態

拡散は、固体への熱の広がりを意味することもありますが、これは通常伝導と呼ばれ、半透明の物質への光の広がり、たとえば、より拡散した「拡散」光を提供するために使用される電球のすりガラス目に心地よい。 物理学の文脈の外では、この用語は、人と人との接触、集団内の適合、または他の人にもたらされる利益の観察を通じて、人口を通じてアイデアまたは革新的な技術の広がりを説明するために使用できます。