În termeni generali, difuzia înseamnă pur și simplu răspândirea unei substanțe sau a unei calități dintr-o zonă de concentrație relativ mare într-o zonă de concentrație mai mică. Termenul este cel mai frecvent folosit pentru a descrie procesul prin care moleculele de diferite tipuri ating o concentrație uniformă, după ce au fost inițial distribuite neuniform, prin mișcările lor aleatorii. Aceasta este uneori numită difuzie moleculară și joacă un rol cheie în multe domenii ale fizicii, chimiei și biologiei. Este strâns legat de modul în care celulele preiau nutrienții, astfel încât viața nu ar putea exista fără ea. Termenul se poate referi și la răspândirea căldurii sau a luminii sau, în contextul științelor sociale, la răspândirea ideilor sau a inovațiilor prin societate.
Difuzia moleculară
Moleculele sunt în continuă mișcare, datorită prezenței căldurii; chiar și la temperaturi extrem de scăzute, o oarecare energie termică este prezentă, dând particulelor mișcare termică. În solide, particulele sunt menținute într-o structură relativ rigidă și nu se pot îndepărta prea mult de pozițiile lor inițiale, dar în lichide și gaze, ele sunt libere să se miște într-un mod mai puțin restrâns. Această mișcare este aleatorie, deoarece moleculele revin în mod constant una pe alta, astfel încât să nu existe un model general. Această mișcare aleatorie este cea care permite difuzarea. Rata cu care apare fenomenul crește odată cu temperatura, pe măsură ce viteza cu care se mișcă particulele crește.
Dacă două gaze diferite la aceeași temperatură sunt aduse în contact unul cu altul, atunci, în timp, mișcarea aleatorie a moleculelor lor le va face să se amestece până când sunt distribuite uniform, fără influența vreunui factor extern. Un fenomen similar poate fi observat adesea cu două lichide diferite, dar uneori, din cauza factorilor chimici, lichidele nu se vor amesteca. De exemplu, adăugarea uleiului vegetal în apă nu va duce la difuzie. Când un solid este dizolvat într-un lichid, moleculele sale vor difuza în lichid.
În lichidele care se amestecă, difuzia poate fi observabilă dacă lichidele sunt de culori diferite. Acest fenomen nu trebuie, însă, confundat cu convecția sau advecția, care implică mișcarea în vrac a fluidelor de către curenți care necesită o sursă de energie. Difuzia este o formă a ceea ce oamenii de știință numesc transport pasiv, adică mișcarea care are loc fără a fi necesară nicio energie suplimentară. În exemplul adesea citat al unei picături de colorant colorat adăugată într-un pahar cu apă, o mare parte din amestecarea care are loc se datorează de fapt curenților formați de mișcarea inițială a picăturii de colorant sub gravitație. În experimentele care elimină aceste efecte și efecte similare, se poate observa adevărata difuzie; de exemplu, apa colorată poate fi văzută difuzând printr-un gel, dar acesta este un proces mult mai lent.
Importanța pentru viață
Difuzia joacă, de asemenea, un rol în procesele implicate în viața unei celule, în special în transportul de nutrienți, aminoacizi și alte substanțe esențiale dintr-un loc în altul. Osmoza, procesul prin care moleculele sunt transportate prin pereții și membranele celulelor individuale de plante și animale, este o formă de difuzie. Un perete celular este o membrană permeabilă selectiv, sau una prin care anumite molecule pot trece, dar altele nu. Dacă, pe o parte a membranei, există o soluție de concentrație mare, în timp ce pe cealaltă parte este aceeași soluție într-o concentrație mai mică, solventul va tinde să se deplaseze în zona de concentrație mai mare până când cele două soluții ajung la echilibru. . Acest lucru se poate întâmpla numai dacă moleculele substanței dizolvate – substanța dizolvată – sunt mai mari decât cele ale solventului. Moleculele mai mici de solvent pot trece prin membrană, în timp ce cele mai mari sunt prea mari pentru a face acest lucru și trebuie să rămână pe cealaltă parte.
Alte forme de difuzare
Difuzia poate însemna, de asemenea, răspândirea căldurii printr-un solid, deși aceasta este de obicei denumită conducție și răspândirea luminii printr-o substanță translucidă – de exemplu, sticlă mată într-un bec folosit pentru a furniza o lumină „difuză” care este mai mult. plăcut la vedere. În afara contextului fizicii, termenul poate fi folosit pentru a descrie răspândirea unei idei sau a unei tehnologii inovatoare printr-o populație prin contactul între oameni, conformarea în cadrul unui grup sau prin observarea beneficiilor aduse altora.