Tabla de Contenidos
Difusi atom dan molekul dalam media tertentu, baik itu gas, cair atau padat, adalah proses fisik yang cenderung terjadi perpindahan partikel-partikel ini di dalam medium dari tempat dengan konsentrasi lebih tinggi ke tempat lain di mana konsentrasinya lebih tinggi. konsentrasi lebih rendah, sampai konsentrasinya sama di seluruh medium. Variasi spasial konsentrasi dalam media tertentu ini disebut gradien konsentrasi. Difusi dikaitkan dengan gradien konsentrasi ini dan dengan suhu medium.
Bagaimana difusi dihasilkan?
Difusi dihasilkan oleh pergerakan atom dan molekul yang terkait dengan suhu. Dalam gas, suhu dikaitkan dengan energi kinetik partikel, energi yang dengannya atom dan molekul gas bergerak. Dalam benda padat, seperti kristal, suhu dikaitkan dengan energi yang digunakan atom dan molekul bergetar dalam struktur kristal itu.
Gagasan difusi dapat dilihat dengan jelas dalam gas. Gerakan acak ke segala arah atom dan molekul dalam campuran gas, dengan kecepatan tinggi, menghasilkan campurannya, menghasilkan aliran bersih partikel dari tempat dengan konsentrasi lebih tinggi ke konsentrasi lain yang lebih rendah.
Gambar berikut menunjukkan skema yang membantu untuk memahami konsep difusi. Di kotak pertama ada dua gas yang dipisahkan oleh partisi: partisi dilepas dan Anda memiliki media di mana konsentrasi salah satu gas adalah 0 di sisi lain tempat partisi itu berada. Pergerakan acak partikel (garis merah melambangkan pergerakan salah satu partikel abu-abu) menyebabkan perpindahan total partikel abu-abu menuju area partikel hitam dan sebaliknya. Akhirnya, dalam bingkai 3 konsentrasi kedua partikel sama di seluruh medium dan perpindahan bersih partikel tidak lagi diamati, meskipun faktanya semua partikel terus bergerak secara acak.
Tingkat difusi, yaitu, kecepatan transfer bersih partikel dari satu tempat ke tempat lain dalam medium diamati, akan semakin tinggi suhunya, yaitu semakin besar energi yang mendorong fenomena fisik ini. Dan itu juga akan meningkat semakin besar perbedaan konsentrasi. Kecepatan difusi juga bergantung pada massa partikel dan, dalam kasus fluida, pada viskositasnya, faktor-faktor yang dinyatakan, bersama dengan temperatur, dalam apa yang disebut koefisien difusi D . Fenomena fisik ini diungkapkan oleh dua hukum Fick.
Difusi adalah proses fisik yang tidak memerlukan kontribusi energi ekstra, karena terkait dengan energi panas yang sudah dimiliki medium, yang dinyatakan oleh suhu. Ini adalah aspek mendasar dari mekanisme fisik ini, karena difusi adalah bagian dari banyak proses alami seperti difusi zat terlarut, cairan, dan gas melalui membran sel.
osmosa
Osmosis, atau osmosis, adalah difusi melalui membran semi-permeabel: sebuah partisi yang memiliki lubang yang sangat kecil, dalam urutan mikrometer, yang memungkinkan lewatnya molekul untuk dipilih sesuai dengan ukurannya. Seperti yang ditunjukkan gambar berikut: molekul biru, molekul air, dapat melewati lubang di membran, tetapi molekul hijau, molekul zat terlarut seperti gula, tidak bisa.
Adanya zat terlarut yang tidak dapat melewati membran, yaitu molekul gula (hijau), menimbulkan kecenderungan molekul yang dapat melewatinya, yaitu molekul air (biru), untuk bergerak ke arah membran. .larutan, mengikuti panah merah muda, untuk mencoba menyamakan konsentrasi pada kedua sisi membran. Pada gambar tidak terdapat zat terlarut pada kuvet kiri, namun proses tetap berlaku bila terdapat larutan dengan konsentrasi berbeda pada kedua sisi membran. Dalam hal ini kita akan memiliki larutan hipotonik dalam kuvet dengan konsentrasi zat terlarut rendah dan larutan hipertonik dalam kuvet dengan konsentrasi zat terlarut tinggi.
Kecenderungan molekul air untuk melewati cekungan konsentrasi yang lebih tinggi ini menghasilkan tekanan ke arah itu, yang disebut tekanan osmotik. Ketika lewatnya molekul air berhasil menyamakan konsentrasi di kedua kuvet, larutan isotonik diperoleh; bahkan ketika molekul air terus melewati membran tidak ada kecenderungan yang jelas di kedua arah.
Jika kedua larutan ditempatkan dalam tabung terbuka, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut, kita akan melihat bahwa cabang dengan larutan dengan konsentrasi tertinggi akan naik terhadap yang lain; ini karena tekanan osmotik di membran.
Jika dalam sistem seperti yang dijelaskan secara skematis pada gambar sebelumnya, larutan dengan konsentrasi tertinggi dikenai tekanan yang bekerja melawan tekanan osmotik, aliran bersih air dapat dicapai melalui membran ke arah tekanan osmotik. .cabang kurang terkonsentrasi. Ini dapat dipahami sebagai proses balik ke osmosis, oleh karena itu disebut osmosis balik. Proses ini digunakan dalam mekanisme pemurnian air.
Beberapa contoh difusi dalam proses alam
Salah satu proses dasar kehidupan adalah bernapas. Proses yang terkait dengan respirasi meliputi difusi gas, difusi oksigen dalam darah, dan eliminasi karbon dioksida, yang juga terjadi melalui difusi. Di paru-paru, karbon dioksida berdifusi dari darah ke udara yang kemudian dihembuskan, suatu proses yang berlangsung di alveoli paru. Setelah mengeluarkan karbon dioksida, sel darah merah mengambil oksigen yang berdifusi dari udara ke dalam darah.
Dalam sel, terjadi pertukaran balik: karbon dioksida dan limbah dari proses seluler berdifusi dari sel-sel jaringan ke dalam darah, sementara oksigen, glukosa, dan nutrisi lain dari darah berdifusi ke dalam jaringan. Proses difusi ini terjadi di kapiler sistem sirkulasi darah.
Mekanisme difusi yang terkait dengan berbagai proses juga diamati pada sel dan jaringan tanaman. Fotosintesis yang terjadi pada daun tumbuhan dikaitkan dengan difusi gas: karbon dioksida dari udara dan energi matahari diubah menjadi glukosa dan oksigen. Karbon dioksida berdifusi dari udara ke daun melalui lubang kecil yang disebut stomata. Dan oksigen yang dihasilkan dalam fotosintesis berdifusi dari daun ke udara juga melalui stomata.
Difusi molekul besar, seperti glukosa, melalui membran sel, terjadi melalui apa yang disebut difusi terfasilitasi. Molekul-molekul ini melewati membran dengan bantuan protein pembawa, saluran protein yang tertanam dalam membran sel yang mewakili bukaan yang hanya memungkinkan molekul dengan ukuran dan bentuk tertentu untuk melewatinya. Proses difusi yang difasilitasi juga tidak membutuhkan energi ekstra, sehingga juga dianggap sebagai transpor pasif, seperti halnya difusi langsung.
Mekanisme osmotik dapat ditemukan dalam proses reabsorpsi air di tubulus ginjal dan dalam reabsorpsi cairan di kapiler jaringan. Penggabungan air dalam akar tanaman dihasilkan oleh osmosis, proses yang sangat penting juga untuk kestabilannya. Ketika tanaman layu itu karena kekurangan air di vakuola mereka; Vakuola menahan struktur tanaman kaku dengan menahan air dan mengerahkan tekanan osmotik melintasi membran sel.
Sumber
Bokshtein, BS Mendelev, MI Srolovitz, editor DJ. Termodinamika dan Kinetik dalam Ilmu Material: Kursus Singkat . Termodinamika dan Kinetik dalam Ilmu Material: Kursus Singkat. Oxford University Press, Oxford, 2005.
Philibert, J. Satu setengah abad difusi: Fick, Einstein, sebelum dan sesudahnya . Dasar Difusi 2, 2005.