İçerik
- TL; DR (Çok Uzun; Okumadı)
- Graham’ın Difüzyon Yasası
- Fick’in Yayınım Yasası
- Difüzyon Hızları ile İlgili Diğer İlginç Bilgiler
Parçacık hareketi nedeniyle difüzyon gerçekleşir. Gaz molekülleri gibi rastgele hareket halindeki parçacıklar, Brownian hareketini izleyerek belirli bir alanda eşit olarak dağılıncaya kadar birbirlerine çarpmaktadır. Difüzyon, moleküllerin dengeye ulaşana kadar yüksek konsantrasyonlu bir alandan düşük konsantrasyonlu olana akışıdır. Kısaca, difüzyon, belirli bir alan boyunca veya bir ikinci madde boyunca yayılan bir gaz, sıvı veya katı madde tarif eder. Difüzyon örnekleri arasında bir odaya yayılan bir parfüm aroması veya bir bardak su içinde dağılan bir damla yeşil gıda boyası bulunur. Difüzyon hızlarını hesaplamak için çeşitli yollar vardır.
TL; DR (Çok Uzun; Okumadı)
"Oran" teriminin, zaman içindeki miktardaki değişikliği ifade ettiğini unutmayın.
Graham’ın Difüzyon Yasası
19. yüzyılın başlarında, İskoç kimyager Thomas Graham (1805-1869), şimdi adını taşıyan nicel ilişkiyi keşfetti. Graham’ın yasası, iki gaz halindeki maddenin difüzyon oranının molar kütlelerinin karekökü ile ters orantılı olduğunu belirtir. Aynı sıcaklıkta bulunan tüm gazların, Kinetik Gaz Teorisinde anlaşıldığı gibi aynı ortalama kinetik enerjiyi göstermesi koşuluyla, bu ilişkiye varıldı. Başka bir deyişle, Graham’ın yasası, aynı sıcaklıktayken aynı ortalama kinetik enerjiye sahip olan gaz moleküllerinin doğrudan bir sonucudur. Graham’ın yasasına göre, difüzyon gazların karışmasını tanımlar ve difüzyon hızı bu karışımın oranıdır. Graham’ın Difüzyon Yasası’nın da Graham’ın Efüzyon Yasası olarak adlandırıldığını unutmayın, çünkü efüzyon özel bir yayınım vakasıdır. Efüzyon, gaz molekülleri küçük bir delikten bir vakum, boşaltılmış alana veya odaya kaçtıkları olgusudur. Efüzyon hızı, gazın o vakumla, boşaltılmış alana veya odaya aktarılma hızını ölçer. Bu nedenle, bir kelime probleminde difüzyon hızını veya efüzyon hızını hesaplamanın bir yolu, gazların molar kütleleri ile bunların difüzyon veya efüzyon hızları arasındaki ilişkiyi ifade eden Graham yasasına dayalı hesaplamalar yapmaktır.
Fick’in Yayınım Yasası
19. yüzyılın ortalarında, Alman doğumlu doktor ve fizyolog Adolf Fick (1829-1901), bir akışkan zarı boyunca yayılan bir gazın davranışını düzenleyen bir dizi yasa oluşturdu. Fick’in Birinci Difüzyon Yasası, belirli bir zaman diliminde belirli bir bölgedeki akının veya parçacıkların net hareketinin, degradenin dikliği ile doğrudan orantılı olduğunu belirtir. Fick’in Birinci Yasası şu şekilde yazılabilir:
akı = -D (dC ÷ dx)
buradaki (D) difüzyon katsayısına karşılık gelir ve (dC / dx) gradyandır (ve hesabın içinde bir türevdir). Bu nedenle, Fick'in Birinci Yasası temelde Brownian hareketinden rasgele parçacık hareketinin parçacıkların yüksek konsantrasyon bölgelerinden düşük konsantrasyonlara sürüklenmesine ya da dağılmasına yol açtığını - ve bu sürüklenme hızının ya da difüzyon oranının yoğunluk gradyanıyla orantılı olduğunu belirtir. o degradenin karşıt yönü (difüzyon sabitinin önündeki negatif işareti ifade eder). Fick’in Birinci Difüzyon Yasası ne kadar akı olduğunu açıklasa da, aslında Fick’in İkinci Difüzyon Yasası difüzyon oranını daha da açıklar ve kısmi bir diferansiyel denklem şeklini alır. Fick’in İkinci Yasası şu formülle tanımlanmaktadır:
T = (1 ÷ ) x-2
bu da dağılma zamanının x karesiyle arttığı anlamına gelir. Temel olarak, Fick’in Birinci ve İkinci Difüzyon Yasası, konsantrasyon gradyanlarının difüzyon oranlarını nasıl etkilediği hakkında bilgi sağlar. İlginç bir şekilde, Washington Üniversitesi, Fick’in denklemlerinin difüzyon hızını hesaplamada nasıl yardımcı olduğunu hatırlamaya yardımcı olmak için bir anımsatıcı gibi bir şey tasarladı: “Fick, bir molekülün ne kadar hızlı dağılacağını söylüyor. Delta P çarpı D çarpı için K çarpı kullanılacaktır…. Basınç farkı, yüzey alanı ve sabit k sabit birlikte çarpılır. Tam difüzyon oranını belirlemek için difüzyon bariyeri ile bölünmüşlerdir. ”
Difüzyon Hızları ile İlgili Diğer İlginç Bilgiler
Difüzyon katılar, sıvılar veya gazlarda ortaya çıkabilir. Tabii ki, difüzyon gazlarda en hızlı ve katılarda en yavaş gerçekleşir. Difüzyon oranları aynı şekilde birkaç faktörden etkilenebilir. Örneğin artan sıcaklık, difüzyon hızlarını hızlandırır. Benzer şekilde, dağınık parçacık ve içine yayıldığı malzeme yayılma hızlarını etkileyebilir. Örneğin, kutupsal moleküllerin kutupsal ortamlarda, su gibi kutupsal ortamlarda daha hızlı yayıldıklarına, kutupsal olmayan moleküllerin karışmadıklarına ve dolayısıyla su içinde dağılmakta zorlandığına dikkat edin. Malzemenin yoğunluğu difüzyon hızını etkileyen bir başka faktördür. Anlaşılır bir şekilde, daha ağır gazlar, hafif meslektaşlarına kıyasla çok daha yavaş yayılır. Ayrıca, etkileşim alanının büyüklüğü, daha küçük bir alana yayılan ev pişirme aromalarının daha geniş bir alana göre daha hızlı dağılmasıyla ortaya çıkan difüzyon hızlarını etkileyebilir.
Ayrıca, difüzyon bir konsantrasyon gradyanına karşı gerçekleşirse, difüzyonu kolaylaştıran bir enerji formu olması gerekir. Su, karbondioksit ve oksijenin pasif difüzyonla (veya su durumunda osmoz) hücre zarlarını nasıl kolayca geçebileceğini düşünün. Ancak, lipid olmayan, çözünebilir büyük bir molekülün hücre zarı içinden geçmesi gerekiyorsa, o zaman aktif taşıma gereklidir; buradaki adenosin trifosfatın yüksek enerjili molekülü (ATP) hücresel membranlar arasındaki difüzyonu kolaylaştırmak için devreye girer.