Difuzion

Difuzioni është një dukuri fizike e lëvizjeve molekulare, e cila manifestohet në tendencën spontane të molekulave të gazrave dhe të lëngjeve që nga hapësira me përqendrim më të madh të kalojnë në hapsirë me përqendrim më të vogël.

Pra difuzioni njihet edhe si dukuri e shpërhapjes për arsye se molekulat e dy lendëve në gjendje agregate si (e lëngët, e gazët dhe e ngurtë) për shkak të lëvizjes kaotike të vazhdueshme bashkohen me njëra tjetrën me anë të shpërhapjes së molekulave si pasojë e intensitetit të lëvizjes kaotike.

Difuzioni shpjegohet si përzierje e molekulave mes vete duke shfrytëzuar hapësirën ndërmolekulare p.sh marim 1dl fasule dhe 1dl oriz kur ato i përziejmë, vërejmë se nuk do jenë 2dl fasule-oriz por më pak sepse fasulet kanë hapësira ndërmolekulare (boshe) në të cilat ka depërtuar orizi.

Faktoret e shpërhapjes janë: temperatura, vëllimi i enës, shtrati.

Difuzioni vs Rrjedhja në pjesë më të madhe.

Një shembull i një situate në të cilën rrjedha e pjesa më e madhe dhe përhapjen mund të diferencuar është mekanizmi me të cilin oksigjeni hyn në trup gjatë frymëmarrje të jashtëm (të frymëmarrjes). Mushkëritë janë të vendosura në zgavrën e kraharorit, e cila zgjerohet si hap i parë në frymëmarrje të jashtëm. Ky zgjerim çon në një rritje në vëllimin e mushkëror në mushkëri, e cila shkakton një rënie në presion në alveole. Kjo krijon një gradient presion në mes të ajrit të jashtëm të trupit (presion relativisht i lartë) dhe mushkëror (presion relativisht i ulët). Ajri lëviz poshtë gradient presion nëpër rrugët e frymëmarrjes të mushkërive dhe në alveole deri presionit të ajrit dhe në alveole janë të barabartë (p.sh., lëvizja e ajrit nga rrjedha e pjesa më e madhe ndalet një herë nuk ka më një gradient presioni).

Ajri vijnë në alveole ka një përqendrim më të lartë të oksigjenit se sa ajër "ndenjur" në alveole. Rritja e përqendrimit të oksigjenit krijon një gradient përqendrimit për oksigjen në mes të ajrit në alveole dhe gjak në kapilarët që rrethojnë alveoli. Oxygen pastaj lëviz nga difuzionit, poshtë gradient përqendrimit, në gjak. Pasojë tjetër e ajrit që vijnë në alveoleve është se koncentrimi i dioksidit të karbonit në alveole ulet (ajrit ka një përqendrim të ulët të dioksidit të karbonit në krahasim me gjak në trup). Kjo krijon një gradient përqendrimit për dioksidit të karbonit për të përhapur nga gjaku në alveole.

Veprimi pompimin e zemrës pas transporton gjakun rreth trupit. Si barkushe të majtë të kontratave të zemrës, vëllimi zvogëlohet, e cila rrit presionin në barkushe. Kjo krijon një gradient presion në mes të zemrës dhe capillaries, dhe gjaku lëviz nëpër enët e gjakut duke rrjedhë pjesa më e madhe (poshtë gradient presion). Si kontratat e kraharorit zgavër gjatë kalimit, vëllimi i ul alveole dhe krijon një gradient presion në mes të alveole dhe ajrit jashtë trupit dhe lëvizjeve ajrore me rrjedhën e madhe poshtë gradient presion.

Difuzioni si kontekst i disiplinave

Koncepti i difuzionit është përdorur gjerësisht në: fizikë (difuzioni grimcave), kimi, biologji, sociologji, ekonomi dhe financa (difuzionit të njerëzve, ideve dhe vlerave të çmimeve). Megjithatë, në çdo rast, objekti (psh, atom, ide, etj) që po kalon difuzionit është "përhapur jashtë" nga një pikë apo vend ku ka një përqendrim më të lartë të atij objekti.

Ka dy mënyra për të futur idenë e difuzionit:. Ose qasja fenomenologjike duke filluar me ligjet Fick-së të shpërndarjes dhe pasojat e tyre matematikore, ose një fizik dhe atomistike, duke pasur parasysh shëtitje të rastit të grimcave të ulur.

Në qasjen fenomenologjik, difuzionit është lëvizja e një substance nga një rajon i përqendrim të lartë në një rajon të përqendrimit të ulët, pa lëvizje të madhe. Sipas ligjeve Fick së, difuzionit fluksi është proporcional me gradient negative e përqendrimeve. Ajo shkon nga rajonet e përqendrimit të lartë në rajonet e përqendrimit të ulët. Disa kohë më vonë, përgjithësime të ndryshme të ligjeve të Fick-së janë zhvilluar në kuadër të termodinamikës dhe termodinamikës jo-ekuilibrit.

Nga pika atomistike e parë, difuzionit konsiderohet si një rezultat i ecin rastit të grimcave ulur. Në përhapjen molekulare, molekulat lëvizin janë të vetë-reaksion nga energji termike. shëtitje të rastit të grimcave të vogla në pezullimin në një lëng u zbulua në 1827 nga Robert Brown. Teoria e levizjes Brownian dhe prejardhje atomist të shpërndarjes janë zhvilluar nga Albert Einstein. Koncepti i difuzionit është aplikuar zakonisht për çdo subjekt çështje që përfshin shëtitje të rastit në ansamble të individëve.

Biologët shpesh përdorin termat "lëvizjes net" ose "difuzionit net" për të përshkruar lëvizjen e joneve ose molekulave nga difuzionit. Për shembull, oksigjenit mund të përhapur nëpër membranat qelizore dhe në qoftë se ka një përqendrim të lartë të oksigjenit jashtë qelizës sesa brenda, molekulat e oksigjenit përhapur në qelizë. Megjithatë, për shkak se lëvizja e molekulave është e rastit, herë pas here molekulat e oksigjenit dalin nga qeliza (kundër gradient përqendrimit). Për shkak se ka më shumë molekulat e oksigjenit jashtë qelizës, probabiliteti që molekulat e oksigjenit do të hyjë në qelizë është më e lartë se probabiliteti që molekulat e oksigjenit do të lënë në qelizë. Prandaj, "net" Lëvizja e molekulave të oksigjenit (diferenca mes numrit të molekulave qoftë hyjnë ose dalin nga qeliza) është në qelizë. Me fjalë të tjera, ekziston një lëvizje neto e molekulave të oksigjenit poshtë gradient përqendrimit.

Historia e difuzionit ne fizik

Në kuadër të kohës, difuzionit në trupat e ngurtë është përdorur shumë kohë para se u krijua teoria e difuzionit. Për shembull, Plini Plaku kishte përshkruar më parë të procesit të çimentimit, e cila prodhon çelikut nga elementit hekur (Fe) me anë të difuzionit të karbonit. Një shembull tjetër është i njohur edhe për shumë shekuj, përhapjen e ngjyrave të qelqit me njolla ose enë prej argjile dhe qeramika kineze.

Në shkencën moderne, studimi i parë sistematik eksperimentale e difuzionit është kryer nga Thomas Graham. Ai studioi përhapje në gazrat, dhe dukuri kryesore është përshkruar prej tij në 1831-1833:

"... Gazrat e natyrave të ndryshme, kur solli në kontakt, nuk organizohen në bazë të dendësisë të tyre, më i ulët më të rënda, dhe i fuqishmi lehta, por ato spontanisht përhapur, reciprokisht dhe në mënyrë të barabartë, me njëri-tjetrin, dhe kështu të mbeten në gjendja intime e përzierje për çdo gjatësinë e kohës."

Matjet e Graham kontribuar James Clerk Maxwell që rrjedhin, në vitin 1867, koeficienti i shpërndarjes për CO2 në ajër. Shkalla e gabimit është më pak se 5%.

Në 1855, Adolf Fick, 26-vjeçari anatomi demonstrues nga Zürich, propozoi ligjin e tij të difuzionit. Ai përdoret për kërkime Graham, duke deklaruar qëllimin e tij si "zhvillimin e një ligji themelor, për funksionimin e difuzionit në një element të vetëm të hapësirës". Ai pohoi një analogji të thellë në mes të difuzionit dhe përçueshmëri e ngrohjes ose të energjisë elektrike, duke krijuar një formalizmi që është i ngjashëm me ligjin e Furierit për përçueshmëri ngrohjes (1822) dhe ligjit om për elektrik aktual (1827).

Robert Boyle treguar përhapjen në solids në shekullin e 17 me depërtimit të zink në një monedhë bakri. Megjithatë, difuzionit në trupat e ngurtë nuk është studiuar në mënyrë sistematike deri në pjesën e dytë të shekullit të 19-të. William Roberts Chandler-Austen, metalurg i njohur britanik, dhe ish-asistent i Thomas Graham, ka studiuar përhapjen sistematike fortë e shtetit në shembullin e artë në epërsi në 1896.

"... Lidhja ime e gjatë me hulumtimet Graham bëri atë gati për detyrë që të përpiqet për të zgjeruar punën e tij në përhapjen lëngshme të metaleve."

Në vitin 1858, Rudolf Clausius futur konceptin e rrugës thotë lirë. Në të njëjtin vit, James Clerk Maxwell zhvilluar teorinë e parë atomistike e proceseve të transportit në gazrat. Teoria moderne atomistike i difuzionit dhe lëvizje Brownian u zhvillua nga Albert Einstein, Marian Smoluchowski dhe Jean-Baptiste Perrin. Ludwig Boltzmann, në zhvillimin e prejardhje atomist të proceseve makroskopike të transportit, prezantoi ekuacioni Boltzmann, e cila ka shërbyer matematikës dhe fizikës me një burim të ideve të procesit të transportit dhe shqetësimet për më shumë se 140 vjet.

Në 1920-1921 George de Hevesy matur vetë-përhapjen përdorur radioisotopes. Ai studioi vetë-përhapjen e izotopeve radioaktive të çojë në epërsi të lëngshme dhe të ngurta.

Yakov Frenkel (ndonjëherë, Jakov/Jacov Frenkel) propozoi, dhe përpunuar në vitin 1926, idenë e difuzionit në kristale nëpërmjet defekte lokale (vendet e lira dhe atomet intersticiale). Ai arriti në përfundimin, procesi i difuzionit në çështje kondensuar është një ansambël e hedhje elementare dhe ndërveprimet quasichemical e grimcave dhe defekte. Ai paraqiti disa mekanizma të difuzionit dhe gjeti konstante të kursit nga të dhënat eksperimentale.

Disa kohë më vonë, Carl Wagner dhe Walter H. Schottky zhvilluar idetë e Frenkel-së në lidhje me mekanizmat e difuzionit të mëtejshme. Aktualisht, ajo është e njohur universalisht që defektet atomike janë të nevojshme për të ndërmjetësuar përhapjen në kristale.

Henry Ajring, me bashkautorë, aplikuar teorinë e tij të normave të reagimit absolute të modelit quasichemical Frenkel së difuzionit. Analogjia në mes të kinetikës reagimit dhe përhapjen çon në versione të ndryshme jolineare të ligjit Fick-së.