diffúziós definíció

a diffúzió olyan fizikai folyamat, amely a molekulák nettó mozgására utal a nagy koncentrációjú régióból az alacsonyabb koncentráció egyikébe. A diffúz anyag szilárd, folyékony vagy gáz lehet. Hasonlóképpen, a diffúziós közeg a három fizikai állapot egyikében is lehet.

a diffúzió egyik fő jellemzője a molekulák mozgása a koncentrációs gradiens mentén. Bár ezt más molekulák is megkönnyíthetik, nem tartalmaz közvetlenül nagy energiájú molekulákat, például adenozin-trifoszfátot (ATP) vagy guanozin-trifoszfátot (GTP).

a diffúzió sebessége a közeg és az anyag közötti kölcsönhatás jellegétől függ. Például egy gáz nagyon gyorsan diffundál egy másik gázban. Erre példa az ammóniagáz káros szaga a levegőben terjed. Hasonlóképpen, ha egy folyékony nitrogén tartály egy kicsit szivárog, a kiszabaduló nitrogéngáz gyorsan diffundál a légkörbe. Ugyanez a gáz kissé lassabban diffundálna egy folyadékban, például vízben, és a leglassabban egy szilárd anyagban.

hasonlóképpen két keverhető folyadék is diffúz egymásba, hogy egységes megoldást képezzen. Például, amikor a vizet glicerinnel keverik, idővel a két folyadék sugárirányban diffundál egymásba. Ez vizuálisan is megfigyelhető, ha különböző színű színezékeket adnak hozzá az egyes folyadékokhoz. Ugyanez a jelenség azonban nem figyelhető meg, ha a benzinhez és a vízhez hasonló folyadékokat összekeverik. A diffúzió lassan, csak a két folyadék közötti kölcsönhatás kis felületén történik.

példák a diffúzióra

a diffúzió számos biológiai és kémiai folyamat fontos része. A biológiai rendszerekben a diffúzió minden pillanatban megtörténik, minden sejt membránjain, valamint a testen keresztül.

például az oxigén nagyobb koncentrációban van az artériákban és az arteriolákban, összehasonlítva az aktív respiráló sejtek oxigénszintjével. Mire a vér az izom vagy a máj kapillárisaiba áramlik, például csak egy sejtréteg választja el ezt az oxigént a májsejtektől vagy a vázizomrostoktól. A passzív diffúzió folyamatán keresztül, bármely más molekula aktív bevonása nélkül, az oxigén áthalad a kapilláris membránon, és belép a sejtekbe.

a sejtek oxigént használnak a mitokondriumokban az aerob légzéshez, amely melléktermékként szén-dioxid-gázt termel. Ismét, mivel ennek a gáznak a koncentrációja nő a sejten belül, kifelé diffundál a kapillárisok felé, ahol az áramló vér ereje eltávolítja a felesleges gázt a szövetrégióból. Ily módon a kapillárisok alacsony szén-dioxid-koncentrációban maradnak, lehetővé téve a molekula állandó mozgását a sejtektől.

Ez a példa azt is mutatja, hogy bármely anyag diffúziója független bármely más anyag diffúziójától. Amikor az oxigén a kapillárisok szövetei felé halad, a szén-dioxid belép a véráramba.

kémiai folyamatokban a diffúzió gyakran a központi elv, amely sok reakciót vezet. Egyszerű példaként néhány kristály cukor egy pohár vízben lassan feloldódik az idő múlásával. Ez azért fordul elő, mert a cukormolekulák nettó mozgása van a vízközegbe. Még a nagy ipari reakciókban is, amikor két folyadék összekeveredik, a diffúzió összehozza a reagenseket, és lehetővé teszi a reakció zökkenőmentes lefolyását. Például a poliészter szintetizálásának egyik módja a megfelelő szerves sav és alkohol folyékony formában történő összekeverése. A reakció akkor folytatódik, amikor a két reagens egymás felé diffundál, és kémiai reakción megy keresztül, hogy észtereket képezzen.

diffúziót befolyásoló tényezők

a diffúziót a hőmérséklet, a kölcsönhatás területe, a koncentrációs gradiens meredeksége és a részecskeméret befolyásolja. E tényezők mindegyike önállóan és együttesen megváltoztathatja a diffúzió sebességét és mértékét.

hőmérséklet

bármely rendszerben a molekulák bizonyos mennyiségű kinetikus energiával mozognak. Ez általában nem irányul semmilyen különleges módon, és megjelenhet véletlenszerű. Amikor ezek a molekulák ütköznek egymással, megváltozik a mozgás iránya,valamint változik a lendület és a sebesség. Például, ha egy dobozba szárazjég (szilárd szén-dioxid) kerül, akkor a blokk közepén lévő szén-dioxid molekulák többnyire ütköznek egymással, és megmaradnak a szilárd tömegben. A periférián lévő molekulák esetében azonban a levegőben gyorsan mozgó molekulák is befolyásolják mozgásukat, lehetővé téve számukra, hogy a levegőbe diffundáljanak. Ez koncentrációs gradienst hoz létre, a szén-dioxid koncentrációja fokozatosan csökken a szárazjégtől való távolsággal.

a hőmérséklet növekedésével a rendszer összes részecskéjének kinetikus energiája nő. Ez növeli az oldott és oldószermolekulák mozgási sebességét, és növeli az ütközéseket. Ez azt jelenti, hogy a szárazjég (vagy akár a rendszeres jég) gyorsabban elpárolog egy melegebb napon, egyszerűen azért, mert minden molekula nagyobb energiával mozog, és valószínűbb, hogy gyorsan elhagyja a szilárd állapot határait.

interakciós terület

a fenti példa kiterjesztéséhez, ha a szárazjég blokkja több darabra van bontva, a légkörrel kölcsönhatásba lépő terület azonnal növekszik. Csökken azoknak a molekuláknak a száma, amelyek csak a szárazjégen belül más szén-dioxid részecskékkel ütköznek. Ezért a gáz levegőbe történő diffúziójának sebessége is növekszik.

Ez a tulajdonság még jobban megfigyelhető, ha a gáz szaga vagy színe van. Például, amikor a jódot szublimálják egy forró tűzhely felett, lila füstök jelennek meg, majd keverednek a levegővel. Ha szublimációt végzünk egy keskeny tégelyben, a füstök lassan szétszóródnak a tartály szája felé, majd gyorsan eltűnnek. Míg a tégelyen belüli kisebb felületre korlátozódnak, a diffúzió sebessége alacsony marad.

Ez akkor is megfigyelhető, ha két folyékony reagenst összekeverünk egymással. A keverés növeli a két vegyi anyag közötti kölcsönhatás területét, és lehetővé teszi, hogy ezek a molekulák gyorsabban diffundáljanak egymás felé. A reakció gyorsabb ütemben halad a befejezés felé. Hasonló megjegyzés, minden mennyiségével, amely tört apró darabokra, majd keverjük bele az oldószer feloldódik gyorsan egy másik jelző molekulák diffúziós jobb, ha a terület interakció növeli.

Meredek a Koncentráció Gradiens

Mivel a diffúziós van kapcsolva elsősorban a valószínűsége, hogy a molekulák távolodik a régió nagyobb telítettség, azonnal következik, hogy amikor a közepes (vagy oldószert) nagyon alacsony a koncentrációja a mennyiségével, a valószínűsége, hogy egy molekula diffúziós távol a központi terület magasabb. Például a jódgáz diffúziójára vonatkozó példában, ha a tégelyt egy másik zárt tartályba helyezik, és a jódkristályokat hosszabb ideig melegítik, az a sebesség, amellyel a lila gáz úgy tűnik, hogy “eltűnik” a tégely szájánál, csökken. Ez a látszólagos lassulás annak a ténynek köszönhető, hogy az idő múlásával a nagyobb tartálynak elegendő jódgázja van, amely egy része “visszafelé” halad a tégely felé. Annak ellenére, hogy ez Véletlenszerű, nem irányított mozgás, nagy tömeggel, olyan forgatókönyvet hozhat létre, ahol nincs gáz nettó mozgása a tartályból.

részecskeméret

bármely adott hőmérsékleten egy kisebb részecske diffúziója gyorsabb lesz, mint egy nagyobb méretű molekuláé. Ez mind a molekula tömegéhez, mind annak felületéhez kapcsolódik. A nagyobb felületű nehezebb molekula lassan diffundál, míg a kisebb, könnyebb részecskék gyorsabban diffundálnak. Például, míg az oxigéngáz kissé gyorsabban diffundál, mint a szén-dioxid, mindkettő gyorsabban mozog, mint a jódgáz.

Funkciók Diffúziós

Diffúziós az emberi test szükséges, hogy a felszívódás a megemésztett tápanyagok, gázcsere, a terjedési idegi impulzusok, a mozgás a hormonok, valamint más metabolitok a cél felé szerv, illetve szinte minden esemény az embrionális fejlődés.

A diffúzió típusai

a diffúzió egyszerű diffúzió lehet, és megkönnyíthető egy másik molekula

egyszerű diffúzió

az egyszerű diffúzió csupán a molekulák mozgása koncentrációs gradiensük mentén, bármely más molekula közvetlen bevonása nélkül. Ez magában foglalhatja az anyag közegen keresztüli terjedését vagy egy részecske membránon keresztüli szállítását. A fenti példák mindegyike egyszerű diffúziós eset volt.

a kép egy részecske diffúziójának egyszerű ábrázolása egy másik közegben.

az egyszerű diffúzió fontos a kémiai reakciókban, számos fizikai jelenségben, sőt befolyásolhatja a globális időjárási mintákat és geológiai eseményeket is. A legtöbb biológiai rendszerben a diffúzió egy lipid kétrétegű féláteresztő membránon keresztül történik. A membránnak pórusai és nyílásai vannak, amelyek lehetővé teszik bizonyos molekulák áthaladását.

megkönnyített diffúzió

másrészt a megkönnyített diffúzió, amint azt a kifejezés jelzi, egy másik molekula (a facilitátor) jelenlétét igényli a diffúzió bekövetkezése érdekében. Megkönnyített diffúzió szükséges a nagy vagy poláris molekulák hidrofób lipid kétrétegű mozgásához. Minden sejt biokémiai folyamataihoz megkönnyíti a diffúziót, mivel a különböző szubcelluláris organellák között kommunikáció van. Például, míg a gázok kisebb molekulák, mint a metán vagy a víz diffúz szabadon szerte a plazma membrán, nagyobb töltésű molekulákat, mint a szénhidrátok vagy a nukleinsav kell a segítség a transzmembrán fehérjék alkotó pórusokat, vagy csatornákat.

a kép egy oldhatatlan molekula mozgását mutatja az extracelluláris térből a citoplazma felé.

mivel ezek viszonylag nagy nyílások a plazmamembránban, ezek az integrált membránfehérjék is nagy specificitással rendelkeznek. Például a káliumionokat szállító csatornafehérje sokkal nagyobb affinitással rendelkezik az ionhoz, mint egy nagyon hasonló nátriumion, közel azonos méretű és töltésű.

• koncentrációs gradiens-az anyag koncentrációjának fokozatos csökkenése, gyakran oldatban oldott anyag. Az élő rendszereken belül ez a gradiens általában egy félig áteresztő lipidmembrán két oldalán látható.
• hepatocyták-a máj belső parenchimális régiójában lévő sejtek, amelyek a máj tömegének nagy részét alkotják. Részt vesz a fehérjék, lipidek és szénhidrátok emésztésében és metabolizmusában. Fontos szerepet játszanak a test méregtelenítésében is.
• Integral Membran Protein-Proteins that span the width of a membrán and are important structural and functional parts of biological membrans.
• szublimáció-egy anyag szilárd fázisában történő átalakítása közvetlenül a gázállapotba, anélkül, hogy beavatkozna a folyékony állapotba.

kvíz

1. A molekulák diffúziójáról szóló állítások közül melyik igaz?
A. Megkönnyítette diffúziós hajtott teljes egészében a GTP hidrolízis
B. Nem kell a jelenléte más molekula
C. Diffúziós minden molekula függ a koncentráció gradiens, független a koncentráció más molekuláris faj a közepes
D. a fenti

2. Ha volt egy hűtőfolyadék a tégelyes melegítő jód szája közelében, ez hogyan befolyásolja a diffúzió sebességét?
A. változatlan maradna
B. Increase
C. Decrease
D. Ez a hűtőfolyadék jellegétől és hőmérsékletétől függne

3. Melyik állítás nem igaz?
A. A nagy poláris molekulák nem diffundálhatnak egy biológiai membránon
B. A szén-dioxid lenne a diffúz gyorsabb, mint a bróm gáz
C. Szerves membrán fehérjék, amelyek megkönnyítik a diffúziós rendkívül adott arról, hogy a rakomány
D. a fenti

• Mehrer, H. and Stolwijk, N. A. (2005). “Heroes and Highlights in the History of Diffusion”. Diffúziós Alapok 2, 1.1-1.10.
• Philibert, J. (2009). “Másfél évszázados diffúzió: Fick, Einstein, előtte és azon túl”. Diffúziós Alapok 11 (1): 1-32.
• Spaeth, E. E., and Friedlander, S. K. (1967). “The Diffusion of Oxygen, Carbon dioxidot, and Inert Gas in Flowing Blood”. Biofizika J. 7 (6): 827-851.