Yleisesti ottaen diffuusio tarkoittaa yksinkertaisesti aineen tai laadun leviämistä suhteellisen korkean pitoisuuden alueelta pienemmän pitoisuuden alueelle. Termiä käytetään yleisimmin kuvaamaan prosessia, jolla erityyppiset molekyylit saavuttavat tasaisen pitoisuuden sen jälkeen, kun ne ovat alun perin jakautuneet epätasaisesti satunnaisliikkeiden kautta. Tätä kutsutaan joskus molekyylidiffuusioksi ja sillä on keskeinen rooli monilla fysiikan, kemian ja biologian aloilla. Se liittyy läheisesti tapaan, jolla solut ottavat ravinteita, joten elämä ei voisi olla olemassa ilman sitä. Termi voi viitata myös lämmön tai valon leviämiseen tai yhteiskuntatieteen yhteydessä ideoiden tai innovaatioiden leviämiseen yhteiskunnan kautta.
Molekyylidiffuusio
Molekyylit ovat jatkuvasti liikkeessä lämmön vuoksi; jopa erittäin alhaisissa lämpötiloissa on lämmintä energiaa, mikä antaa hiukkasille lämpöliikettä. Kiinteissä aineissa hiukkaset pidetään suhteellisen jäykässä rakenteessa eivätkä voi eksyä liian kauas lähtöasemistaan, mutta nesteissä ja kaasuissa ne voivat liikkua vähemmän rajoitetusti. Tämä liike on satunnainen, koska molekyylit pomppaavat jatkuvasti toisistaan, joten kokonaismallia ei ole. Tämä satunnainen liike mahdollistaa diffuusion tapahtuvan. Ilmiön esiintymisnopeus kasvaa lämpötilan myötä, kun hiukkasten liikkumisnopeus kasvaa.
Jos kaksi eri lämpötilassa olevaa kaasua joutuu kosketuksiin toistensa kanssa, niiden molekyylien satunnaisliike saa ajan mittaan sekoittumaan, kunnes ne jakautuvat tasaisesti ilman ulkoisten tekijöiden vaikutusta. Samanlainen ilmiö voidaan usein havaita kahdella eri nesteellä, mutta joskus nesteet eivät sekoitu kemiallisten tekijöiden vuoksi. Esimerkiksi kasviöljyn lisääminen veteen ei johda diffuusioon. Kun kiinteä aine liuotetaan nesteeseen, sen molekyylit diffundoituvat nesteen läpi.
Nesteissä, jotka sekoittuvat, diffuusio voi olla havaittavissa, jos nesteet ovat erivärisiä. Tätä ilmiötä ei kuitenkaan pidä sekoittaa konvektioon tai advektioon, johon liittyy nesteiden irtolastiliike energianlähdettä vaativilla virroilla. Diffuusio on yksi muoto siitä, mitä tutkijat kutsuvat passiiviseksi kuljetukseksi, mikä tarkoittaa liikettä, joka tapahtuu ilman lisäenergiaa. Usein lainatussa esimerkissä tippa värillistä väriainetta lisätään lasilliseen vettä, suuri osa tapahtuneesta sekoittumisesta johtuu itse asiassa virroista, jotka syntyvät väripisaran alkuliikkeestä painovoiman vaikutuksesta. Kokeissa, jotka poistavat tämän ja vastaavat vaikutukset, todellinen diffuusio voidaan havaita; Esimerkiksi värillisen veden voidaan nähdä diffundoituvan geelin läpi, mutta tämä on paljon hitaampi prosessi.
Merkitys elämälle
Diffuusio vaikuttaa myös solun elämään liittyviin prosesseihin, erityisesti ravinteiden, aminohappojen ja muiden välttämättömien aineiden kuljettamiseen paikasta toiseen. Osmoosi, prosessi, jolla molekyylejä kuljetetaan yksittäisten kasvi- ja eläinsolujen seinien ja kalvojen poikki, on diffuusion muoto. Soluseinä on selektiivisesti läpäisevä kalvo tai se, jonka läpi tietyt molekyylit voivat kulkea, mutta toiset eivät. Jos kalvon toisella puolella on liuos, jonka pitoisuus on korkea, ja toisella puolella sama liuos pienemmällä pitoisuudella, liuotin pyrkii siirtymään korkeamman pitoisuuden alueelle, kunnes molemmat liuokset saavuttavat tasapainon . Tämä voi tapahtua vain, jos liuenneen aineen – liuenneen aineen – molekyylit ovat suurempia kuin liuottimen molekyylit. Pienemmät liuotinmolekyylit voivat kulkea kalvon läpi, kun taas suuret ovat liian suuria tehdäkseen niin, ja niiden on pysyttävä toisella puolella.
Muut diffuusion muodot
Diffuusio voi tarkoittaa myös lämmön leviämistä kiinteän aineen läpi, vaikka sitä yleensä kutsutaan johtumiseksi, ja valon leviämistä läpikuultavan aineen – esimerkiksi himmeän lasin hehkulampussa – kautta, joka tarjoaa enemmän hajavaloa. miellyttävä silmille. Fysiikan kontekstin ulkopuolella termiä voidaan käyttää kuvaamaan idean tai innovatiivisen tekniikan leviämistä väestön kautta ihmisten välisen yhteydenpidon, ryhmän mukautumisen tai muiden etujen havaitsemisen kautta.