Back to the topics list

дифузія

Мета навчання

Дифузія — це фізичний процес, коли молекули матеріалу переміщуються з області високої концентрації (де багато молекул) до області низької концентрації (де менше молекул).

Дифузія зазвичай відбувається в розчинах рідин і газів, оскільки їх частинки безладно переміщуються з місця на місце. Це важливий процес для живих істот; це те, як речовини рухаються в клітини та з них.

Наприклад, подумайте про те, як хтось відкриває пляшку нашатирного спирту в кімнаті, наповненій людьми. Газоподібний аміак має найвищу концентрацію в пляшці; найменша його концентрація на краях кімнати. Пари аміаку будуть дифундувати або поширюватися від пляшки; поступово все більше і більше людей відчуватимуть запах аміаку, коли він поширюється.

Дифузія є формою пасивного транспорту.

Подібним чином, у крові більше молекул вуглекислого газу, ніж у легенях, тому молекули вуглекислого газу мають тенденцію рухатися в легені. Це трапляється в клітинній біології, коли малі молекули просто дифундують крізь клітинну мембрану, а великі молекули проходять через неї лише за рахунок енергії.

Ще кілька прикладів дифузії:

• Кубик цукру на деякий час залишають у склянці з водою.
• Випари духів піднімаються з флакона, коли кришка знята.
• Харчовий барвник, який капнув на склянку, розтікається.
• Додавання цукру у воду.

Що викликає дифузію?

У газах і рідинах частинки безладно переміщуються з місця на місце. Частинки стикаються одна з одною або зі своїм контейнером. Частинки стикаються одна з одною або зі своїм контейнером. Це змушує їх змінювати напрямок. Згодом частинки поширюються по всьому контейнеру.

Дифузія відбувається сама по собі без перемішування, струшування чи повіювання повітря.

Чому дифузія корисна?

У живих істотах речовини переміщуються в клітини та з них шляхом дифузії. Наприклад:

• Під час дихання утворюється відпрацьований вуглекислий газ, що призводить до збільшення кількості вуглекислого газу в клітині. Згодом концентрація вуглекислого газу в клітині вище, ніж у навколишній крові. Потім вуглекислий газ дифундує через клітинну мембрану в кров.
• Вода дифундує в рослини через їх кореневі волоскові клітини. Вода переміщується з області високої концентрації (у ґрунті) до області з меншою концентрацією (у волосковій клітині кореня). Це пояснюється тим, що волоскові клітини частково проникні. Така дифузія води називається осмосом.

Фактори, що впливають на дифузію

1. Ступінь градієнта концентрації – чим більша різниця в концентрації, тим швидша дифузія. Чим ближче розподіл матеріалу наближається до рівноваги, тим меншою стає швидкість дифузії.

2. Маса молекул, що дифундують – важчі молекули рухаються повільніше, отже, вони дифундують повільніше. Для легших молекул все навпаки.

3. Температура – Вищі температури збільшують енергію і, отже, рух молекул, збільшуючи швидкість дифузії. Нижчі температури зменшують енергію молекул, таким чином зменшуючи швидкість дифузії.

4. Щільність розчинника – зі збільшенням щільності розчинника швидкість дифузії зменшується. Молекули сповільнюються, тому що їм важче пройти через щільніше середовище. Якщо середовище менш щільне, дифузія збільшується.

5. Розчинність: неполярні або жиророзчинні матеріали проходять крізь плазматичні мембрани легше, ніж полярні матеріали, забезпечуючи більшу швидкість дифузії.

6. Площа поверхні та товщина плазматичної мембрани: збільшення площі поверхні збільшує швидкість дифузії, тоді як більш товста мембрана зменшує її.

7. Пройдена відстань. Чим більшу відстань має подолати речовина, тим повільніше швидкість дифузії. Це накладає верхнє обмеження на розмір комірки. Велика сферична клітина загине, тому що поживні речовини або відходи не можуть досягти або залишити центр клітини. Тому клітини повинні бути або невеликими за розміром, як у багатьох прокаріотів, або бути сплощеними, як у багатьох одноклітинних еукаріотів.