Что такое диффузия и почему она происходит
Молекулы в любом веществе непрерывно движутся хаотично. Если в один угол комнаты выпустить духи, молекулы будут постепенно распространяться во всех направлениях — туда, где их пока меньше. Это и есть диффузия: перемещение от высокой концентрации к низкой без каких-либо внешних воздействий.
Диффузия происходит везде, где есть неоднородность концентрации, и продолжается, пока концентрация не выровняется.
Диффузия в газах, жидкостях и твёрдых телах
- Газы — диффузия самая быстрая (молекулы движутся со скоростями ~400–500 м/с, но путь извилист из-за столкновений). Запах распространяется по комнате за минуты.
- Жидкости — медленнее: молекулы плотнее упакованы. Капля чернил в стакане воды растворяется за часы без перемешивания.
- Твёрдые тела — очень медленно, но всё же происходит. Золото и свинец, прижатые друг к другу, за несколько лет взаимно проникают на доли миллиметра.
Зависимость от температуры
При нагревании молекулы движутся быстрее — диффузия ускоряется. Чай быстрее заваривается в горячей воде, запах ощущается сильнее в жаркий день. Количественно: для многих процессов диффузия ускоряется примерно вдвое при повышении температуры на 10 °C (правило Вант-Гоффа — приблизительное).
Диффузия в биологии и технике
- В лёгких O₂ диффундирует из воздуха в кровь, CO₂ — в обратном направлении.
- В кишечнике питательные вещества диффундируют через стенки ворсинок в кровоток.
- В полупроводниковом производстве диффузия примесей в кремний — основной способ создать p-n-переход.
- Засолка и маринование — диффузия соли/кислоты в продукт.
Диффузия и броуновское движение
Если диффузия — перемещение больших ансамблей молекул, то броуновское движение — хаотичное блуждание отдельной видимой частицы под ударами молекул. Оба явления — проявление одного и того же теплового движения.
