Difüzyon Örnekleri

Difüzyon , parçacıkların daha yüksek konsantrasyonda oldukları bir alandan daha düşük konsantrasyonda oldukları bir başka alana net hareketinin olduğu bir madde taşıma işlemidir . Basitçe söylemek gerekirse, difüzyon, konsantrasyon farklılıklarından kaynaklanan maddelerin hareketidir.

Difüzyon yüzlerce yıldır bilinmektedir. Bir fırından yeni çıkmış ekmeğin kokusunu aldığımızda, birkaç metre ötede başka bir odada olmamıza rağmen mutfaktan gelen kahvenin kokusunu aldığımızda ya da yakınından her geçtiğimizde tütsü kokusu aldığımızda havada yaşarız. bir tapınak.

Tecrübe bize bunun pasif ve kendiliğinden bir süreç olduğunu söyler. Birincisi, herhangi bir enerji girişi gerektirmediği için ve ikincisi, uzayda iki yer arasında konsantrasyonlarda bir fark olduğunda, istesek de istemesek de gerçekleştiği için.

Difüzyonu Etkileyen Faktörler

Difüzyon işlemi, hem parçacıkların yayıldığı ortam hem de parçacıkların kendi özellikleri ile ilgili çeşitli değişkenlere bağlıdır.

Konsantrasyon

Difüzyonun meydana gelmesi için belirleyici faktörün bir konsantrasyon gradyanı olması olduğundan daha önce bahsetmiştik, yani parçacıkların birinden diğerine yayılması için uzayda iki noktadaki parçacıkların konsantrasyonunda bir fark olması gerekir.

Konsantrasyon gradyanı, bir maddenin uzaydaki (veya ortamdaki) iki noktadaki konsantrasyonlarındaki fark ile iki nokta arasındaki mesafe arasındaki oran olarak ifade edilir. Matematiksel olarak bu şu şekilde yazılır:

Önemli olan konsantrasyonun kendisi değil, konsantrasyonlarda bir fark olmasıdır. Uzayda iki nokta çok yüksek konsantrasyonlara sahipse ancak ikisi de eşitse, o zaman iki nokta arasında difüzyon olmayacaktır.

Sıcaklık

Difüzyon, maddeyi oluşturan taneciklerin her yöne gelişigüzel hareket etmesiyle gerçekleşir. Brownian hareketi olarak adlandırılan bu hareket, onu keşfeden 19. yüzyıl botanikçisi Robert Brown’ın onuruna, sürekli termal çalkalama altındaki maddeyi oluşturan parçacıklar arasındaki çarpışmalardan gelir.

Termal ajitasyon sıcaklıkla arttığından, difüzyon işlemleri daha yüksek sıcaklıklarda daha hızlı olur.

Yayıldığı ortam

Öyle görünmese de difüzyon gazlar, sıvılar ve katılar da dahil olmak üzere her türlü maddede meydana gelebilir. Ancak, süreç her ortamda aynı değildir.

Örneğin, kahve aroması havada çok iyi yayılır, ancak metalde değil. Bunun kanıtı, içi kahve dolu olan kapalı bir termosun ağzını açana kadar kahve aroması yaymaması. Bununla birlikte, yeterli zaman verildiğinde, hiçbir malzeme mükemmel şekilde geçirimsiz olmadığından, aromatik kahve parçacıkları sonunda metal boyunca yayılacaktır.

parçacıkların kütlesi

Parçacıkların kütlesi, yayılma hızları üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Daha ağır parçacıklar, belirli bir sıcaklıkta daha hafif parçacıklardan daha yavaş hareket etme eğilimindedir. Bu nedenle, bir parçacık ne kadar ağırsa, o kadar yavaş yayılır.

Parçacıkların şekli ve boyutu

Kütleye bağlı olmasının yanı sıra, bir parçacığın şekli, onun farklı ortamlara yayılma kabiliyetini büyük ölçüde etkiler. Parçacık ne kadar küçük ve küresel olursa, farklı ortamlarda yayılma yeteneği o kadar iyidir.

difüzyon denklemleri

Difüzyon süreci esas olarak Graham kanunu ve Fick kanunları ile karakterize edilir.

Graham Yasası

Graham yasası, iki gaz birbirine yayıldığında, difüzyon hızının yoğunluklarının karesiyle ters orantılı olduğunu belirtir. Artık bir gazın yoğunluğunun molar kütlesiyle orantılı olduğunu biliyoruz, bu da Graham yasasını gazın molar kütlesi cinsinden ifade etmemizi sağlıyor. Matematiksel formda, Graham yasası, A ve B olmak üzere iki gaz için difüzyon hızları arasındaki ilişkinin şu şekilde verildiğini belirtir:

burada v _A ve v _B, her bir gazın ortalama difüzyon oranlarını temsil eder ve M _A ve M _B , ilgili molar kütleleridir.

Fick Kanunları

Fick yasaları, difüzyon süreçlerini yöneten matematiksel ifadelerdir. Çözümü, bir maddenin bir ortamda difüzyon hızını ölçmeyi ve ayrıca belirli bir noktada parçacıkların konsantrasyonunun zamanın bir fonksiyonu olarak nasıl değiştiğini belirlemeyi mümkün kılar.

Fick’in birinci yasası

Fick’in birinci yasasının en basit biçimi şu şekilde verilir:

burada J belirli bir noktadan birim alan ve birim zamanda geçen parçacıkların sayısını temsil eder, D difüzyon katsayısı adı verilen bir orantı sabitidir, φ konsantrasyonu ve x konumu temsil eder.

dφ/dx bölümü konsantrasyon gradyanını tek bir boyutta temsil eder (makalenin başında tanımladığımıza eşdeğerdir), dolayısıyla Fick’in 1. yasası aslında difüzyonun konsantrasyon gradyanı ile doğru orantılı olduğunu ifade eder. Ayrıca, kaymanın daha yüksek konsantrasyondan daha düşük konsantrasyona (dolayısıyla denklemdeki eksi işareti) olduğunu ve orantı sabitinin difüzyon katsayısı olduğunu da gösterir.

Fick’in ikinci yasası

Fick’in ikinci yasası şu şekilde verilir:

Sol üye, uzayda belirli bir noktada zaman içinde konsantrasyon değişim oranını temsil eder, bu nedenle bu yasa, difüzyon nedeniyle bir maddenin konsantrasyonunun zaman içinde nasıl değiştiğini belirlememizi sağlar. Difüzyon gradyanı yoksa, denklemin sağ tarafının sıfır (0) olduğunu görebiliriz, bu nedenle konsantrasyonun değişim hızı da sıfır olacaktır ve bu nedenle konsantrasyonun zamanla değişmediğini görebiliriz ( sabit kalır).

Difüzyon Örnekleri

Hücre zarından difüzyon

Karbondioksit gibi yağda çözünen bir maddenin hücre zarını geçme süreci, Fick yasalarına göre yönetilen basit bir difüzyon işlemidir. Bu durumda difüzyon, çözünenin yağda ne kadar çözünür olduğuna, çözünen maddenin hücre içindeki ve dışındaki konsantrasyonlarına, zarın kalınlığına ve diğer değişkenlere bağlıdır.

Kapalı bir odada bir parfümün difüzyonu

Hepimiz bir ara odanın bir köşesine parfüm sıkan birini görmüşüzdür ve bir süre sonra parfümün kokusu burun deliklerimize kadar gelir. Bu, aromatik parçacıkların hava yoluyla difüzyonu sayesinde gerçekleşir.

Bir gömleğin kumaşına mürekkebin yayılması

Katı bir malzemeden difüzyonun talihsiz bir örneği, bir kumaş üzerine bir damla mürekkep düştüğünde meydana gelen olaydır. Damla bir süre sonra difüzyon yoluyla malzemenin içine yayılır.

Bir bardak suya bir damla boya

Bu, gözlemlenmesi çok kolay olduğu için sıvı bir ortamdaki difüzyon işleminin klasik örneğidir. Küçük bir damla gıda boyasını su dolu bir bardağa dikkatlice koyarsanız, önce damlanın nasıl dibe düştüğünü ve kenarlarda küçük renkli arabeskler oluşturduğunu gözlemleyebiliriz. Bu difüzyon değil, mekanik karıştırmadır.

Bununla birlikte, belirli bir süre sonra, tüm sıvı akımları dağıldıktan sonra damla sabit kalacaktır. O andan itibaren, rengin en yoğun olduğu yerde bir çeşit dağınık hale görünümü görebilirsiniz ve zaman geçtikçe o hale büyür ve büyür ama her zaman kaybolur.başlangıçta daha koyu görünür ve tamamen sonunda şeffaf. Bu, difüzyon sürecinin işaretidir. Bu yavaş bir süreçtir ve her zaman maddelerin daha yoğun olduğu yerden daha az yoğun olduğu yere doğru gider.

Uzun bir süre sonra bardağı sallamaya gerek kalmadan rengin daha homojen hale geldiğini fark edeceğiz. Bunun nedeni, difüzyonun çözeltiyi yavaşça homojenleştirmesidir.

Referanslar

Macneill, H., Battaglia, G., Carpi, A. (sonrası). Difüzyon – Giriş. https://www.visionlearning.com/es/library/Qu%C3%ADmica/1/Difusi%C3%B3n/216 adresinden alındı.

Difüzyon. Fick Yasası (ve) http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/transporte/difusion/difusion.htm adresinden alındı.

Sanboh Lee, HY Lee, IF Lee, CY Teeng (2004). Suda mürekkep difüzyonu . Eur.J. Phys.25.331-336. http://mitgcm.org/~edhill/Tracer_work/papers/ejp4_2_020.pdf adresinden alındı