Dyfuzja – charakterystyka

Dyfuzja (z łac. rozprzestrzenianie) to zjawisko samorzutne i nieodwracalne mające miejsce w każdym ośrodku, którego temperatura jest wyższa od 0 K (w warunkach zera bezwzględnego zanika wszelki ruch materii). Polega na samorzutnym rozprzestrzenianiu i przenikaniu się energii lub cząstek przez nieuporządkowane zderzenia dyfundujących cząsteczek, co prowadzi do wyrównania rozkładu materii lub energii w układzie – zwiększa jego entropię i zmniejsza energię swobodną

Ruch cząstek (jonów, atomów, cząsteczek), prowadzący do dyfuzji, jest bezładny i ma charakter cieplny – energia cieplna jest wyrazem ruchu materii. Dyfuzja zachodzi niezależnie od stanu termodynamicznego układu tj. w stanie równowagi (samodyfuzja) jak i nierównowagi (prowadzi do stanu równowagi). Dyfuzja zachodzi w każdym stanie skupienia.

Wyróżnia się dwa typy dyfuzji:

dyfuzję śledzoną (proces mikroskopowy), która odbywa się na poziomie molekularnym i polega na chaotycznym ruchu pojedynczej cząsteczki (śledzonej) np. ruchy Browna,

dyfuzję chemiczną (proces makroskopowy), która dotyczy makroskopowych ilości materii lub energii, opisywana jest równaniem dyfuzji i prowadzi do wyrównania stężenia/temperatury w całym układzie.

Dyfuzja ukierunkowana w skali makro jako efekt chaotycznego ruchu cząsteczek

Dwa prawa, które definiują przebieg procesu dyfuzji sformułował w 1855 r. niemiecki fizyk Adolf Fick. Stwierdzają  one, że:

Ilość substancji dyfundującej w określonym czasie przez daną powierzchnię (ustawioną prostopadle do kierunku dyfuzji) jest proporcjonalna do pola tej powierzchni, gradientu stężenia i czasu przepływu.

Dyfuzja energii jest określona przez współczynnik dyfuzji termicznej i odbywa się za pośrednictwem wymiany energii kinetycznej pomiędzy zderzającymi się ze sobą dyfundującymi cząsteczkami – dlatego też próżnia nie przewodzi ciepła, ponieważ nie zawiera cząstek, które mogłyby wymieniać między sobą energię. Szybkość dyfuzji jest uzależniona od wysokości temperatury (im wyższa, tym szybciej dyfuzja zachodzi).

Dyfuzję można łatwo zaobserwować podczas samoistnego mieszania się dwóch cieczy czy gazów (np. rozprzestrzenianie się zapachu po pomieszczeniu). Przykładem dyfuzji jest również osmoza, która spełnia ważną rolę w transporcie elektrolitów w organizmach żywych. 

Może Ci się przydać: