Dyfuzja. Na czym polega ten proces?
Dyfuzja to proces, z którego korzystamy każdego dnia, choć rzadko zdajemy sobie z tego sprawę. To dzięki niej, gdy rozpylimy odświeżacz powietrza choćby w jednym pomieszczeniu, piękny zapach unosić się będzie we wszystkich pokojach. Ona sprawia, że przechodząc obok piekarni, czujemy zapach świeżego pieczywa, a gdy dodamy do herbaty cytrynę, możemy zaobserwować zmianę jej barwy. O dyfuzji uczymy się w szkole, na lekcjach z chemii. Na czym polega ten proces? Jakie są rodzaje dyfuzji?
1. Co to jest dyfuzja?
Dyfuzja (łac. diffusio - rozlanie) według definicji, jest samorzutnym przepływem cząsteczek z miejsca o większym ich stężeniu do miejsca o stężeniu mniejszym. Dzięki temu ustala się stan równowagi, w którym stężenie jest niezależne od położenia cząsteczek oraz stałe w czasie.
W praktyce jest to proces, który polega na rozprzestrzenianiu i mieszaniu ze sobą cząsteczek różnych substancji, w wyniku ich ruchu.
2. Dyfuzja a stany skupienia
Czy dyfuzja jest możliwa we wszystkich stanach skupienia danej substancji? Okazuje się, że tak, jednak stan skupienia wpływa na jej prędkość.
Proces ten najszybciej zachodzi w gazach, ponieważ pomiędzy drobinami substancji w tym stanie skupienia znajdują się duże przestrzenie, które w łatwy sposób mogą zostać zajęte przez cząsteczki innej substancji. Jeśli rozpylimy wspomniany wyżej odświeżacz powietrza, za chwilę odczujemy unoszący się przyjemny zapach.
Jak to działa? Cząsteczki wydobywają się z buteleczki, łączą się z powietrzem i dzięki niemu trafiają do naszych nosów.
Dyfuzja zachodzi również w cieczach, których cząsteczki także intensywnie się ruszają. Możemy dostrzec ten proces np. podczas dodawania soku malinowego do herbaty. W przypadku cieczy dyfuzja zachodzi jednak dużo wolniej niż w przypadku gazów.
Jak dyfuzja przebiega w ciałach stałych? Polega ona w tym przypadku na przemieszczaniu się atomów ciała stałego lub domieszki oraz defektów w kryształach wskutek istnienia różnicy temperatur lub też ich stężenia. W porównaniu do dwóch poprzednich stanów skupienia jest to proces bardzo powolny.
Z uwagi na to, że cząsteczki ciała stałego poruszają się wokół położenia równowagi, a przemieszaczenie się takiej cząsteczki może nastąpić w wyniku zerwania wiązania, charakter dyfuzji w ciałach stałym jest nieco inny. Duży wpływ na tempo przeskoków cząsteczek w ciele stałym ma temperatura.
3. Jakie są rodzaje dyfuzji?
Jakie rodzaje dyfuzji możemy wyróżnić? Są to:
- dyfuzja stężeniowa - wywołana jest występowaniem różnicy stężenia;
- dyfuzja ładunkowa - wywołana jest występowaniem ładunku elektrycznego;
- dyfuzja ciśnieniowa - wywołana jest występowaniem różnicy ciśnienia;
- dyfuzja wymuszona - wywołana jest występowaniem różnicy sił zewnętrznych;
- dyfuzja cieplna (termodyfuzja) - wywołana jest występowaniem różnicy temperatury.
4. Jakie jest znaczenie dyfuzji w przyrodzie?
Proces dyfuzji odgrywa znaczącą rolę w funkcjonowaniu przyrody. To dzięki niej możliwe jest oddychanie, ponieważ w procesie tym tlen z powietrza przenika w naszych płucach do krwi, skąd trafia do każdej komórki organizmu.
Dyfuzja umożliwia m.in.:
- przyprawianie potraw (jeśli wsypiemy sól do wody, po jakimś czasie zawartość naczynia będzie słona);
- farbowanie ubrań;
- parzenie herbaty;
- proces osmozy.
Dzięki dyfuzji możliwe są liczne procesy chemiczne i fizyczne. Proces ten odgrywa również dużą rolę w technologii metali i przyrządów półprzewodnikowych.
