Difusió (física)
La difusió (molecular) és un procés físic reversible que consistix en el fluix net d'àtoms, ions o una atra espècie dins d'un material: les partícules es mouen d'una regió d'alta concentració a un àrea de baixa concentració fins a obtindre una distribució uniforme. És induït per la temperatura i el gradient de concentració.
Normalment els processos de difusió estan subjectes a la llei de Fick. La difusió és un procés que no requerix aporte energètic, generalment ocorre en gasos i líquits, presenta una forma d'intercanvi celular en el que partícules materials s'introduïxen en un mig en el que inicialment estaven absents, aumentant l'entropía (desorde molecular) del sistema.
Difusió front a fluix volumètric
[editar | editar còdic]El "fluix a granel" és el moviment/fluix de tot un cos per un gradient de pressió (per eixemple, l'aigua que ix d'una aixeta). "Difusió" és el moviment/dispersió gradual de la concentració dins d'un cos, per un gradient de concentració, sense moviment net de matèria. Un eixemple d'un procés en el que es produïxen tant desplaçament de massa com a difusió és la respiració humana.[1]>.
En primer lloc, hi ha un procés de "fluix a granel". Els pulmonés estan situats en la cavitat toràcica, que s'expandix com a primer pas de la respiració externa. Esta expansió conduïx a un aument del volum dels alvéolos en els pulmons, lo que provoca una disminució de la pressió en els alvéolos. Açò crea un gradient de pressió entre l'aire de l'exterior del cos a una pressió relativament alta i els alvéolos a una pressió relativament baixa. L'aire descendix pel gradient de pressió a través de les vies respiratòries dels pulmons cap als alvéolos fins que la pressió de l'aire i la dels alvéolos s'igualen, és dir, el moviment de l'aire per fluix volumètric es deté quan deixa d'haver gradient de pressió.
En segon lloc, existix un procés de "difusió". L'aire que aplega als alvéolos té una major concentració d'oxigen que l'aire "viciat" dels alvéolos. L'aument de la concentració d'oxigen crea un gradient de concentració d'oxigen entre l'aire dels alvéolos i la sanc dels capilarés que rodegen els alvéolos. A continuació, l'oxigen es desplaça per difusió, descendint pel gradient de concentració, cap a la sanc. L'atra conseqüència de l'arribada d'aire als alvéolos és que disminuïx la concentració de diòxit de carbono en els alvéolos. Açò crea un gradient de concentració per a que el diòxit de carbono es difonga de la sanc als alvéolos, ya que l'aire fresc té una concentració molt baixa de diòxit de carbono en comparació a la sanc del cos.
En tercer lloc, existix un atre procés de "fluix a granel". L'acció de bombeig del cor transporta la sanc per tot el cos. Quan el ventrícul esquerre del cor es contrau, el volum disminuïx, lo que aumenta la pressió en el ventrícul. Açò crea un gradient de pressió entre el cor i els capilars, i la sanc es desplaça a través dels gots sanguíneus per mig d'un fluix massiu que descendix pel gradient de pressió.
Difusió en el context de diferents disciplines
[editar | editar còdic]
El concepte de difusió és àmpliament utilisat en: física (difusió de partícules), química, biologia, sociologia, economia i finances (difusió de persones, idees i de valors de preus). No obstant, en tots els casos, la substància o el conjunt que sofrix la difusió es "estén" des d'un punt o lloc en el que existix una major concentració de dita substància o conjunt.
Hi ha dos maneres d'introduir la noció de difusió: o be un enfocament fenomenológico a partir de la llei de Fick de la difusió i les seues conseqüències matemàtiques, o ben un de físic i atomístico, considerant el passejada aleatòria de les partícules que es difonen.[2]
En l'enfocament fenomenológico, difusió és el moviment d'una substància des d'una regió d'alta concentració a una regió de baixa concentració sense moviment en massa. Segons les lleis de Fick, el fluix de difusió és proporcional al gradient negatiu de concentracions. Va de regions de major concentració a regions de menor concentració. Algun temps despuix, es varen desenrollar vàries generalisacions de les lleis de Fick en el marc de la termodinàmica i la termodinàmica de no equilibri.[3]
Des del punt de vista atomístico, la difusió es considera com el resultat de la passejada aleatòria de les partícules difusoras. En la difusió molecular, les molècules en moviment són autopropulsadas per energia tèrmica. La passejada aleatòria de menudes partícules en suspensió en un decorregut va ser descobert en 1827 per Robert Brown, qui va trobar que partícules diminutes suspeses en un mig líquit i lo suficientment grans com per a ser visibles baix un microscopi òptic exhibixen un moviment ràpit i contínuament irregular de partícules conegut com a moviment browniano. La teoria del moviment browniano i els antecedents atomísticos de la difusió varen ser desenrollats per Albert Einstein.[4] El concepte de difusió s'aplica típicament a qualsevol matèria que implique passejades aleatòries en ensambles d'individus.
En química i ciència dels materials, la difusió es referix al moviment de molècules decorregudes en sòlits porosos.[5] La difusió molecular es produïx quan la colisió en una atra molècula és més provable que la colisió en les parets dels poros. En tals condicions, la difusividad és similar a la d'un espai no confinat i és proporcional al camí lliure mig. Difusió de Knudsen, que es produïx quan el diàmetro del poro és comparable o menor que el camí lliure mig de la molècula que difon a través del poro. Baixe esta condició, la colisió en les parets del poro es fa gradualment més provable i la difusividad és menor. Per últim, existix la difusió configuracional, que es produïx si les molècules tenen un tamany comparable al del poro. Baixe esta condició, la difusividad és molt menor comparada en la difusió molecular i menudes diferències en el diàmetro cinètic de la molècula causen grans diferències en la difusividad.
Els biòlecs solen utilisar els térmens "moviment net" o "difusió neta" per a descriure el moviment de ions o molècules per difusió. Per eixemple, l'oxigen pot difondre's a través de les membranes celulars sempre que hi haja una major concentració d'oxigen fòra de la cèlula. No obstant, com el moviment de les molècules és aleatori, en ocasions les molècules d'oxigen ixen de la cèlula (en contra del gradient de concentració). Com hi ha més molècules d'oxigen fòra de la cèlula, la provabilitat de que les molècules d'oxigen entren en la cèlula és major que la provabilitat de que les molècules d'oxigen ixquen de la cèlula. Per lo tant, el moviment "net" de molècules d'oxigen (la diferència entre el número de molècules que entren o ixen de la cèlula) és cap a l'interior de la cèlula. En atres paraules, existix un "moviment net" de molècules d'oxigen a lo llarc del gradient de concentració.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Muir, D. C. F.. “Fluix de massa i difusió en les vies respiratòries del pulmó” (en). British Journal of Diseases of the Chest 60 (4): 169-176. doi:. ISSN 0007-0971. PMID 5969933.
- ↑ J. Philibert (2005). Un sigle i mig de difusió: Fick, Einstein, abans i despuix.
- Archivat el 13 de decembre de 2013 archivat en Wayback Machine. Fonaments de la difusió, 2, 1.1-1.10.
- ↑ S.R. De Groot, P. Mazur (1962). Termodinàmica del no-equilibri. North-Holland, Amsterdam.
- ↑ A. Einstein (1905). “Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen”. Ann. Phys. 17 (8): 549-60. doi:. Bibcode: 1905AnP...322..549I.
- ↑ Pescarmona, P.P. (2020). Handbook of Porous Materials (vol. 4) (en en), Singapur: WORLD SCIENTIFIC, pp. 150-151. doi:10.1142/11909. ISBN 978-981-12-2328-0.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Difusión (física)» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.