Back to the topics list

dyfuzja

Cele kształcenia

Dyfuzja to proces fizyczny, w którym cząsteczki materiału przemieszczają się z obszaru o wysokim stężeniu (gdzie jest wiele cząsteczek) do obszaru o niskim stężeniu (gdzie jest mniej cząsteczek).

Dyfuzja zwykle zachodzi w roztworach cieczy i gazów, ponieważ ich cząsteczki przemieszczają się losowo z miejsca na miejsce. Jest to ważny proces dla żywych istot; w ten sposób substancje wchodzą i wychodzą z komórek.

Pomyśl na przykład o kimś, kto otwiera butelkę amoniaku w pokoju pełnym ludzi. Gazowy amoniak ma najwyższe stężenie w butelce; jego najniższe stężenie występuje na krawędziach pomieszczenia. Opary amoniaku będą dyfundować lub rozpraszać się z butelki; stopniowo coraz więcej osób będzie wyczuwać zapach amoniaku w miarę jego rozprzestrzeniania się.

Dyfuzja jest formą transportu biernego.

Podobnie we krwi jest więcej cząsteczek dwutlenku węgla niż w płucach, więc cząsteczki dwutlenku węgla będą miały tendencję do przemieszczania się do płuc. Dzieje się tak w biologii komórki, gdzie małe cząsteczki po prostu dyfundują przez błonę komórkową, podczas gdy większe cząsteczki przedostają się tylko przy użyciu energii.

Oto kilka innych przykładów dyfuzji:

• Kostkę cukru pozostawia się na chwilę w zlewce z wodą.
• Opary perfum unoszą się z butelki po odkręceniu zakrętki.
• Barwnik spożywczy, który spadł na zlewkę, rozlewa się.
• Dodawanie cukru do wody.

Co powoduje dyfuzję?

W gazach i cieczach cząstki przemieszczają się losowo z miejsca na miejsce. Cząsteczki zderzają się ze sobą lub z pojemnikiem. Cząsteczki zderzają się ze sobą lub z pojemnikiem. To sprawia, że zmieniają kierunek. Ostatecznie cząstki są rozprowadzane po całym pojemniku.

Dyfuzja zachodzi sama, bez mieszania, wstrząsania lub unoszenia się.

Dlaczego dyfuzja jest przydatna?

W organizmach żywych substancje wchodzą i wychodzą z komórek na drodze dyfuzji. Na przykład:

• Oddychanie wytwarza odpadowy dwutlenek węgla, powodując wzrost ilości dwutlenku węgla w komórce. Ostatecznie stężenie dwutlenku węgla w komórce jest wyższe niż w otaczającej krwi. Dwutlenek węgla następnie dyfunduje przez błonę komórkową do krwi.
• Woda dyfunduje do roślin przez komórki rzęsate korzeni. Woda przemieszcza się z obszaru o wysokim stężeniu (w glebie) do obszaru o niższym stężeniu (w komórce włośnika). Dzieje się tak dlatego, że komórki włośniczkowe są częściowo przepuszczalne. Taka dyfuzja wody nazywa się osmozą.

Czynniki wpływające na dyfuzję

1. Zakres gradientu stężeń – im większa różnica stężeń, tym szybsza dyfuzja. Im bliżej rozkładu materiału dochodzi do równowagi, tym wolniejsza staje się szybkość dyfuzji.

2. Masa cząsteczek dyfundujących – Cięższe cząsteczki poruszają się wolniej, dlatego dyfundują wolniej. Odwrotna sytuacja dotyczy lżejszych cząsteczek.

3. Temperatura – Wyższe temperatury zwiększają energię, a tym samym ruch cząsteczek, zwiększając szybkość dyfuzji. Niższe temperatury zmniejszają energię cząsteczek, zmniejszając w ten sposób szybkość dyfuzji.

4. Gęstość rozpuszczalnika – Wraz ze wzrostem gęstości rozpuszczalnika zmniejsza się szybkość dyfuzji. Cząsteczki zwalniają, ponieważ mają większe trudności z przedostaniem się przez gęstsze medium. Jeśli ośrodek jest mniej gęsty, dyfuzja wzrasta.

5. Rozpuszczalność: Materiały niepolarne lub rozpuszczalne w tłuszczach łatwiej przechodzą przez błony plazmatyczne niż materiały polarne, co pozwala na szybsze tempo dyfuzji.

6. Pole powierzchni i grubość błony plazmatycznej: Zwiększona powierzchnia zwiększa szybkość dyfuzji, podczas gdy grubsza błona ją zmniejsza.

7. Przebyta odległość – im większa odległość, jaką substancja musi przebyć, tym wolniejsze tempo dyfuzji. Stawia to górne ograniczenie rozmiaru komórki. Duża, kulista komórka umrze, ponieważ składniki odżywcze lub odpady nie mogą dotrzeć do środka komórki ani go opuścić. Dlatego komórki muszą być albo małe, jak w przypadku wielu prokariotów, albo być spłaszczone, jak w przypadku wielu jednokomórkowych eukariotów.