Diffusjon Definisjon

Diffusjon Er en fysisk prosess som refererer til netto bevegelse av molekyler fra et område med høy konsentrasjon til en av lavere konsentrasjon. Materialet som diffunderer kan være et fast stoff, væske eller gass. På samme måte kan mediet der diffusjon oppstår også være i en av de tre fysiske tilstandene.

En av de viktigste egenskapene ved diffusjon er bevegelsen av molekyler langs konsentrasjonsgradienten. Selv om dette kan tilrettelegges av andre molekyler, involverer det ikke direkte høyenergimolekyler som adenosintrifosfat (ATP) eller guanosintrifosfat (GTP).

diffusjonshastigheten avhenger av arten av samspillet mellom medium og materiale. For eksempel diffunderer en gass veldig raskt i en annen gass. Et eksempel på dette er hvordan den skadelige lukten av ammoniakkgass sprer seg i luften. På samme måte, hvis en beholder med flytende nitrogen lekker litt, vil nitrogengass som rømmer raskt diffundere inn i atmosfæren. Den samme gassen vil diffundere litt langsommere i en væske som vann og langsomste i et fast stoff.

på samme måte vil to blandbare væsker også diffundere inn i hverandre for å danne en jevn løsning. For eksempel, når vann blandes med glyserol, diffunderer de to væskene radialt inn i hverandre over tid. Dette kan til og med observeres visuelt ved tilsetning av forskjellige fargede fargestoffer til hver av væskene. Det samme fenomenet ses imidlertid ikke når ublandbare væsker som bensin og vann blandes sammen. Diffusjon skjer sakte og bare over den lille overflaten av samspillet mellom de to væskene.

Eksempler på Diffusjon

Diffusjon er en viktig del av mange biologiske og kjemiske prosesser. I biologiske systemer skjer diffusjon i hvert øyeblikk, over membraner i hver celle så vel som gjennom kroppen.

for eksempel er oksygen i høyere konsentrasjon inne i arterier og arterioler, sammenlignet med oksygenivåene i aktivt respirerende celler. Når blodet strømmer inn i kapillærene i muskelen eller leveren, er det for eksempel bare et enkelt lag av celler som skiller dette oksygenet fra hepatocytter eller skjelettmuskelfibre. Gjennom en prosess med passiv diffusjon, uten aktiv involvering av noe annet molekyl, passerer oksygen gjennom kapillærmembranen og går inn i celler.

Celler bruker oksygen i mitokondriene for aerob respirasjon, noe som genererer karbondioksid gass som et biprodukt. Igjen, da konsentrasjonen av denne gassen øker i cellen, diffunderer den utover mot kapillærene hvor kraften av flytende blod fjerner overflødig gass fra vevsregionen. På denne måten forblir kapillærene ved en lav karbondioksidkonsentrasjon, noe som tillater konstant bevegelse av molekylet vekk fra celler.

dette eksemplet viser også at diffusjonen av et hvilket som helst materiale er uavhengig av diffusjonen av andre stoffer. Når oksygen beveger seg mot vev fra kapillærene, kommer karbondioksid inn i blodet.i kjemiske prosesser er diffusjon ofte det sentrale prinsippet som driver mange reaksjoner. Som et enkelt eksempel vil noen få sukkerkrystaller i et glass vann sakte oppløses over tid. Dette skjer fordi det er en netto bevegelse av sukkermolekyler i vannmediet. Selv i store industrielle reaksjoner, når to væsker blandes sammen, bringer diffusjon reaktantene sammen og lar reaksjonen fortsette jevnt. For eksempel er en av måtene som polyester syntetiseres ved å blande passende organisk syre og alkohol i flytende form. Reaksjonen fortsetter når de to reaktantene diffunderer mot hverandre og gjennomgår en kjemisk reaksjon for å danne estere.

Faktorer Som Påvirker Diffusjon

Diffusjon påvirkes av temperatur, interaksjonsområde, bratthet av konsentrasjonsgradient og partikkelstørrelse. Hver av disse faktorene, uavhengig og kollektivt kan endre hastigheten og omfanget av diffusjon.

Temperatur

i et hvilket som helst system beveger molekyler seg med en viss kinetisk energi. Dette er vanligvis ikke rettet på noen bestemt måte, og kan vises tilfeldig. Når disse molekylene kolliderer med hverandre, er det en endring i bevegelsesretningen, samt endringer i momentum og hastighet. For eksempel, hvis en blokk med tøris (karbondioksid i fast form) er plassert inne i en boks, kolliderer karbondioksidmolekyler i midten av blokken for det meste med hverandre og blir beholdt i den faste massen. Men for molekyler i periferien påvirker raskt bevegelige molekyler i luften også bevegelsen, slik at de kan diffundere inn i luften. Dette skaper en konsentrasjonsgradient, med konsentrasjon av karbondioksid gradvis avtagende med avstand fra klumpen av tøris.

med økning i temperaturen øker den kinetiske energien til alle partikler i systemet. Dette øker hastigheten som løsemiddel og løsemiddel molekyler flytte, og øker kollisjoner. Dette betyr at tørisen (eller til og med vanlig is) vil fordampe raskere på en varmere dag, ganske enkelt fordi hvert molekyl beveger seg med større energi og er mer sannsynlig å raskt unnslippe rammen av en fast tilstand.

Interaksjonsområde

for å utvide eksemplet ovenfor, hvis blokken av tøris er brutt i flere stykker, øker området som interagerer med atmosfæren umiddelbart. Antallet molekyler som bare kolliderer med andre karbondioksidpartikler i tøris, reduseres. Derfor øker diffusjonen av gassen i luften også.

Denne egenskapen kan observeres enda bedre hvis gassen har lukt eller farge. For eksempel, når jod er sublimert over en varm komfyr, begynner lilla røyk å vises og blandes med luft. Hvis sublimering utføres i en smal smeltedigel, diffunderer dampene sakte ut mot beholderens munn og forsvinner deretter raskt. Mens de er begrenset til det mindre overflatearealet i digelen, forblir diffusjonshastigheten lav.

dette ses også når to flytende reaktanter blandes med hverandre. Omrøring øker interaksjonsområdet mellom de to kjemikaliene og gjør at disse molekylene kan diffundere mot hverandre raskere. Reaksjonen fortsetter mot ferdigstillelse med raskere hastighet. På et lignende notat oppløses ethvert løsemiddel som er brutt i små stykker og omrørt i løsningsmidlet raskt-en annen indikator på molekyler som sprer seg bedre når interaksjonsområdet øker.

Steepness Av Konsentrasjonsgradienten

siden diffusjon drives primært av sannsynligheten for at molekyler beveger seg bort fra et område med høyere metning, følger det umiddelbart at når mediet (eller løsningsmidlet) har en svært lav konsentrasjon av løsningsmidlet, er sannsynligheten for at et molekyl sprer seg bort fra det sentrale området høyere. For eksempel, i eksemplet om diffusjon av jodgass, hvis smeltedigelen plasseres i en annen lukket beholder og jodkrystaller oppvarmes i lengre tid, vil hastigheten som den lilla gassen ser ut til å forsvinne ved smeltedigelens munn, redusere. Denne tilsynelatende nedbremsing skyldes det faktum at den større beholderen over tid begynner å ha nok jodgass at noe av det vil bevege seg bakover mot smeltedigelen. Selv om dette er tilfeldig ikke-rettet bevegelse, med stor bulk, kan det skape et scenario der det ikke er netto bevegelse av gass fra beholderen.

Partikkelstørrelse

ved en gitt temperatur vil diffusjonen av en mindre partikkel være raskere enn for et større molekyl. Dette er relatert til både massen av molekylet og dens overflate. Et tyngre molekyl med et større overflateareal vil diffundere sakte, mens mindre, lettere partikler vil diffundere raskere. For eksempel, mens oksygengass vil diffundere litt raskere enn karbondioksid, vil begge bevege seg raskere enn jodgass.

Diffusjonsfunksjoner

Diffusjon i menneskekroppen er nødvendig for absorpsjon av fordøyede næringsstoffer, gassutveksling, forplantning av nerveimpulser, bevegelse av hormoner og andre metabolitter mot målorganet og for nesten alle hendelser i embryonisk utvikling.

Typer Diffusjon

Diffusjon kan enten være enkel diffusjon og tilrettelegges av et annet molekyl

Enkel Diffusjon

Enkel diffusjon er bare bevegelsen av molekyler langs deres konsentrasjonsgradient uten direkte involvering av andre molekyler. Det kan innebære enten spredning av et materiale gjennom et medium eller transport av en partikkel over en membran. Alle eksemplene gitt ovenfor var forekomster av enkel diffusjon.

bildet er en enkel representasjon av diffusjonen av en partikkel i et annet medium.Enkel diffusjon er relevant i kjemiske reaksjoner, i mange fysiske fenomener, og kan til og med påvirke globale værmønstre og geologiske hendelser. I de fleste biologiske systemer skjer diffusjon over en semi-permeabel membran laget av et lipid dobbeltlag. Membranen har porer og åpninger for å tillate passasje av bestemte molekyler.

Tilrettelagt Diffusjon

på den annen side, tilrettelagt diffusjon, som begrepet indikerer, krever tilstedeværelse av et annet molekyl (tilretteleggeren) for at diffusjon skal skje. Tilrettelagt diffusjon er nødvendig for bevegelse av store eller polare molekyler over det hydrofobe lipid-dobbeltlaget. Tilrettelagt diffusjon er nødvendig for de biokjemiske prosessene i hver celle siden det er kommunikasjon mellom ulike subcellulære organeller. For eksempel, mens gasser og små molekyler som metan eller vann kan diffundere fritt over en plasmamembran, trenger større ladede molekyler som karbohydrater eller nukleinsyrer hjelp av transmembranproteiner som danner porer eller kanaler.

bildet viser bevegelsen av et uoppløselig molekyl fra det ekstracellulære rommet mot cytoplasma.Siden de er relativt store åpninger i plasmamembranen, har disse integrerte membranproteinene også høy spesifisitet. For eksempel har kanalproteinet som transporterer kaliumioner en mye høyere affinitet for den ion enn en svært lik natriumion, med nesten samme størrelse og ladning.

• Konsentrasjonsgradient-Gradvis reduksjon i konsentrasjonen av et stoff, ofte et løsemiddel i en løsning. Innenfor levende systemer er denne gradienten vanligvis sett på to sider av en semi-permeabel lipidmembran.
• Hepatocytter-Celler i den indre parenkymale regionen i leveren, som utgjør en stor del av levermassen. Involvert i fordøyelsen og metabolismen av proteiner, lipider og karbohydrater. De spiller også en avgjørende rolle i avgiftning av kroppen.Integral Membran Protein-Proteiner som spenner over bredden av en membran og er viktige strukturelle og funksjonelle deler av biologiske membraner.
• Sublimering-omdannelsen av et materiale i sin faste fase direkte til gassformen, uten en mellomliggende overgang til flytende tilstand.

Quiz

1. Hvilke av disse uttalelsene om diffusjon av molekyler er sanne?
A. Tilrettelagt diffusjon drives helt AV gtp hydrolyse
B. trenger Aldri tilstedeværelse av noe annet molekyl
C. Diffusjon av hvert molekyl er avhengig av konsentrasjonsgradienten og uavhengig av konsentrasjonen av andre molekylære arter i mediet
D. Alle de ovennevnte

2. Hvis det var kjølevæske nær munnen av en smeltedigel oppvarming av jod, hvordan ville det påvirke diffusjonshastigheten?
A. ville forbli uendret
B. Øke
C. Redusere
D. Det vil avhenge av naturen og temperaturen på kjølevæsken

3. Hvilke av disse uttalelsene er IKKE sanne?
A. Store polare molekyler kan ikke diffundere over en biologisk membran
B. C. Integrale membranproteiner som letter diffusjon er svært spesifikke om deres last D. Alle de ovennevnte

• Mehrer, H. Og Stolwijk, N. A. (2005). «Helter og Høydepunkter i Diffusjonens Historie». Diffusjon Grunnleggende 2, 1.1-1.10.Philibert, J. (2009). «Et Og Et Halvt Århundre Med Diffusjon: Fick, Einstein, før og utover». Diffusjon Grunnleggende 11 (1): 1-32.Spaeth, E. E. Og Friedlander, S. K. (1967). «Diffusjonen Av Oksygen, Karbondioksid og Inert Gass i Flytende Blod». Biophys J. 7 (6): 827-851.