Hva er diffusjon?

Generelt betyr diffusjon ganske enkelt spredning av et stoff eller kvalitet fra et område med relativt høy konsentrasjon til et område med lavere konsentrasjon. Begrepet brukes ofte for å beskrive prosessen der molekyler av forskjellige typer oppnår en enhetlig konsentrasjon, etter at de først ble ujevnt fordelt, gjennom deres tilfeldige bevegelser. Dette kalles noen ganger molekylær diffusjon og det spiller en nøkkelrolle på mange områder innen fysikk, kjemi og biologi. Det er nært knyttet til måten celler tar opp næringsstoffer, og dermed kunne ikke livet eksistere uten det. Begrepet kan også referere til spredning av varme eller lys, eller, i sammenheng med samfunnsvitenskap, spredning av ideer eller innovasjoner gjennom samfunnet.

Molekylær diffusjon

Molekyler er konstant i bevegelse, på grunn av tilstedeværelsen av varme; selv ved ekstremt lave temperaturer er det noe varmeenergi som gir partikler termisk bevegelse. I faste stoffer holdes partiklene i en relativt stiv struktur og kan ikke streite for langt fra startposisjonene, men i væsker og gasser kan de bevege seg på en mindre begrenset måte. Denne bevegelsen er tilfeldig, siden molekylene hele tiden spretter av hverandre, slik at det ikke er noe generelt mønster. Denne tilfeldige bevegelsen er det som gjør at diffusjon kan skje. Hastigheten som fenomenet oppstår stiger med temperaturen, etter hvert som hastigheten som partiklene beveger seg øker.

Hvis to forskjellige gasser med samme temperatur bringes i kontakt med hverandre, vil over tid tilfeldig bevegelse av molekylene deres føre til at de blandes til de er jevnt fordelt, uten påvirkning fra noen ytre faktor. Et lignende fenomen kan ofte observeres med to forskjellige væsker, men noen ganger, på grunn av kjemiske faktorer, vil væskene ikke blandes. For eksempel vil ikke tilsetning av vegetabilsk olje til vann føre til diffusjon. Når et faststoff er oppløst i en væske, vil molekylene diffundere i hele væsken.

I væsker som blandes, kan diffusjon være synlig hvis væskene har forskjellige farger. Dette fenomenet bør imidlertid ikke forveksles med konveksjon eller adeksjon, som involverer massebevegelse av væsker med strømmer som krever en energikilde. Diffusjon er en form for det forskere kaller passiv transport, noe som betyr bevegelse som skjer uten at det kreves ekstra energi. I det ofte siterte eksemplet på at en dråpe farget fargestoff blir tilsatt et glass vann, skyldes mye av blandingen som oppstår, faktisk på grunn av strømningene satt opp av den første bevegelsen av dråpet fargestoff under tyngdekraften. I eksperimenter som eliminerer denne og lignende effekter, kan ekte diffusjon observeres; for eksempel kan man se at farget vann diffunderer gjennom en gel, men dette er en mye tregere prosess.

Viktigheten for livet

Diffusjon spiller også en rolle i prosessene som er involvert i en celles levetid, spesielt transport av næringsstoffer, aminosyrer og andre essensielle stoffer fra et sted til et annet. Osmose, prosessen som molekyler transporteres over veggene og membranene i individuelle plante- og dyreceller, er en form for diffusjon. En cellevegg er en selektiv permeabel membran, eller en gjennom hvilken visse molekyler kan passere, men andre kan ikke. Hvis det på den ene siden av en membran er en løsning med høy konsentrasjon, mens på den andre siden er den samme løsningen i en lavere konsentrasjon, vil løsningsmidlet ha en tendens til å bevege seg til området med høyere konsentrasjon til de to løsningene når likevekt . Dette kan bare forekomme hvis molekylene i oppløsningen - det oppløste stoffet - er større enn løsningsmidlets. De mindre løsningsmiddelmolekylene kan passere gjennom membranen, mens de større er for store til å gjøre det, og må forbli på den andre siden.

Andre former for diffusjon

Diffusjon kan også bety spredning av varme gjennom et fast stoff, selv om dette vanligvis omtales som ledning, og spredning av lys gjennom et gjennomskinnelig stoff - for eksempel frostet glass i en lyspære som brukes til å gi et "diffust" lys som er mer hyggelig på øyet. Utenfor fysikkens kontekst kan begrepet brukes til å beskrive spredning av en idé eller en innovativ teknologi gjennom en befolkning gjennom kontakt mellom mennesker, konformitet i en gruppe, eller gjennom observasjon av fordelene brakt til andre.