Διάχυση

Η κίνηση των μορίων μιας ουσίας σε μια μονάδα μάζας από μια ζώνη υψηλότερης συγκέντρωσης σε μια ζώνη χαμηλότερης συγκέντρωσης που συνδέεται με μια ενεργή δύναμη λόγω διαφοράς συγκέντρωσης (ο λόγος μιας ουσίας σε ένα μείγμα ένωσης) είναι η έννοια της διάχυσης. Η μετανάστευση των μορίων συνεχίζεται μέχρι να επιτευχθεί η κατάσταση ισορροπίας (το άθροισμα όλων των δυνάμεων είναι μηδέν όταν η φύση του σώματος βρίσκεται σε ηρεμία ή είναι σε ομοιόμορφη κίνηση) μεταξύ δύο διαφορετικών ζωνών συγκέντρωσης. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τον ρυθμό διάχυσης είναι η θερμοκρασία, το ιξώδες και η μάζα (μέγεθος σωματιδίων) της ουσίας.

Τύποι διάχυσης

Υπάρχουν τρία είδη διάχυσης όπως αναφέρονται παρακάτω:-

• Απλή διάχυση  
• Διευκολυνόμενη διάχυση  
• Διάχυση καναλιού

Απλή διάχυση

• Η απλή διάχυση είναι ένα παράδειγμα παθητικής μεταφοράς που συμβαίνει όταν τα ηλεκτροχημικά δυναμικά ποικίλλουν και στις δύο πλευρές ενός διαπερατού φράγματος.
• Σε αυτόν τον τύπο διάχυσης, πολύ μικρά μόρια μπορούν να κινηθούν μέσα από κενά.
• Τοποθεσία – μεταξύ των διαφόρων μορίων φωσφολιπιδίων στις κυτταρικές μεμβράνες.
• Τα μικρά μόρια αναστολέων δεν αναστέλλουν την απλή διαδικασία διάχυσης.
• Αυτός ο τύπος διάχυσης δεν απαιτεί ενέργεια. Η ταχύτητα της απλής διάχυσης είναι πολύ χαμηλή.
• Σε αυτόν τον τύπο διάχυσης, η κίνηση των σωματιδίων πραγματοποιείται προς την κατεύθυνση της βαθμίδας συγκέντρωσης.
•  Παράδειγμα:- νερό, οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα κ.λπ.
•  Περισσότερα παραδείγματα απλής διάχυσης είναι:-
  • Οι στεροειδείς ορμόνες μπορούν να κινούνται ελεύθερα σε διαφορετικές μεμβράνες κάτω από τη βαθμίδα συγκέντρωσής τους. Έτσι, αυτό είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα απλής διάχυσης.
  • Τη στιγμή της αναπνοής, το οξυγόνο μεταφέρεται στο αίμα από τους πνεύμονες. Επίσης, το οξυγόνο μεταφέρεται στους μύες από τα κύτταρα του αίματος.
  • Ένα άλλο απλό παράδειγμα διάχυσης- Στο σώμα των εγκύων γυναικών, η τροφή και το οξυγόνο ταξιδεύουν από το σώμα της μητέρας στο έμβρυο.
  • Τα βακτήρια είναι μονοκύτταροι μικροοργανισμοί. Τα βακτήρια παρέχουν νερό, οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά στο κυτταρόπλασμα μέσω απλής διάχυσης. Κανένα εξειδικευμένο οργανίδιο σε βακτήρια δεν εκτελεί αυτόν τον τύπο δραστηριότητας.

Διευκολυνόμενη διάχυση

• Αυτός ο τύπος διάχυσης είναι η μεταφορά ουσιών ή μορίων μέσω μιας διαπερατής μεμβράνης μέσω μιας βαθμίδας συγκέντρωσης. Μόνο μεγάλα πολικά μόρια περνούν σε αυτόν τον τύπο διάχυσης. Παραδείγματα:- Αμινοξέα, γλυκόζη, κ.λπ.
• Η διευκόλυνση της διάχυσης λαμβάνει χώρα μέσω διαμεμβρανικών πρωτεϊνών.
• Αυτά μεταφέρουν μεγάλα ή πολικά σωματίδια.
• Συμβαίνει μέσω συγκεκριμένων μορίων διευκόλυνσης.
• Σε αυτόν τον τύπο διάχυσης, η κινητική της μεταφοράς με τη μεσολάβηση του φορέα επηρεάζει τον ρυθμό διάχυσης.
• Παραδείγματα αυτού του τύπου διάχυσης είναι:-
  • Η γλυκόζη (μόριο ζάχαρης) είναι η κύρια πηγή ενέργειας για τα κύτταρα. Έξω από ένα κύτταρο, η ροή του αίματος παρέχει συνεχώς γλυκόζη, αλλά η γλυκόζη καταναλώνεται συνεχώς μέσα στο κύτταρο.
  • Τα μόρια ρέουν από υψηλή σε χαμηλή συγκέντρωση- Ορισμένα μόρια δεν μπορούν να εισέλθουν/εξέλθουν από ένα κύτταρο κατά τη διάχυση. Έτσι, αυτός ο τύπος διάχυσης μπορεί να ελέγξει μερικά από αυτά τα μόρια ενώ διέρχεται από την πλασματική μεμβράνη. Συνδέουν τα μόρια σε ειδικές πρωτεΐνες-φορείς ανοίγοντας κανάλια που βρίσκονται μεταξύ των κυττάρων.

Διάχυση καναλιού

• Όταν τα υλικά περνούν από το ένα άκρο, τα κανάλια ιόντων ανοίγουν σε διάχυση καναλιών. Αυτή η διάχυση πραγματοποιείται από ένα κανάλι πρωτεΐνης. Αυτό ονομάζεται «διάχυση με τη μεσολάβηση καναλιού».
• Οι πρωτεΐνες που είναι ενσωματωμένες στη μεμβράνη λειτουργούν ως θύρα διάχυσης.
• Τα μόρια θα κινηθούν προς τα κάτω σε μια βαθμίδα συγκέντρωσης μέσω της διάχυσης του καναλιού.
• Μερικά παραδείγματα διάχυσης καναλιών είναι:-
  • Το άρωμα διαχέεται στον περιβάλλοντα χώρο (αέρα).
  • Όταν ποτίζονται φυτά, τα μόρια του νερού διαχέονται στο φυτό. Προστατεύει τα φύλλα από το μαρασμό. Σημαίνει ότι το διοξείδιο του άνθρακα διαχέεται από τον αέρα (βρίσκεται ανάμεσα στα κύτταρα της μεσόφυλλης) και μεταφέρεται στον χλωροπλάτη των φύλλων.

Νόμος της διάχυσης του Graham

Ο νόμος του Γκράχαμ, ο οποίος είναι ευδιάκριτα γνωστός ως ο νόμος της έκχυσης του Γκράχαμ, αναφέρθηκε από τον Τόμας Γκράχαμ το 1848. Ο Τόμας Γκράχαμ επιχείρησε διάφορα πράγματα με τον κύκλο εξάπλωσης και εντόπισε ένα τεράστιο μέρος σωματιδίων αερίου που είναι ελαφρύτερα και ταξιδεύουν γρηγορότερα από τα βαρύτερα άτομα αερίου.

Νόμος διάχυσης του Fick

Η διαδικασία της διάχυσης που εξηγείται από τον Adolf Fick δηλώνει ότι η διάχυση είναι η κίνηση των μορίων από μια περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης σε μια περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης. Ο νόμος της διάχυσης του Fick προτάθηκε το 1855. Κατηγοριοποίησε τη διαδικασία υπό δύο προϋποθέσεις:

1. Κανονική διάχυση:Η διαδικασία είναι συχνά γνωστή ως διάχυση Fickian. η διαδικασία διάχυσης που ακολουθεί τους κανόνες του Fick ονομάζεται κανονική διάχυση.
2. Ακανόνιστη διάχυση:Ο αντίστοιχος όρος είναι επίσης γνωστός ως μη-Φικιανή διάχυση, κατηγοριοποιώντας τη διαδικασία διάχυσης που δεν ακολουθεί τους κανόνες του Φικ.

Παραδείγματα διάχυσης

• Διάχυση άχρηστων προϊόντων, αλάτων και νερού στα νεφρά.
• Αναλλαγή αερίων στους πνεύμονες
• Αιμοκάθαρση:Είναι μια τεχνητή διαδικασία που αντικαθιστά εν μέρει τη νεφρική λειτουργία.

Εφαρμογές διάχυσης

• Απορρόφηση φαρμάκων που απελευθερώνονται στον οργανισμό (δισκία, σκόνη, αλοιφή κ.λπ.)
• Διαδικασία απέκκρισης μέσω των νεφρών
• Αλλαγές αερίων στις κυψελίδες (πνεύμονες)

Παράγοντες που επηρεάζουν τη διάχυση

• Θερμοκρασία
• Διαφορά συγκέντρωσης
• Ηλεκτρικό δυναμικό
• Πίεση όσμωσης

Συμπέρασμα 

Έτσι, η διάχυση είναι πολύ χρήσιμη στον διαχωρισμό μιας ποικιλίας αερίων. Η διάχυση εμπλέκεται επίσης σε μια τεχνική ανίχνευσης που ονομάζεται διαδικασία ανίχνευσης μεθανίου. Η όσμωση είναι επίσης μέρος της διάχυσης, η οποία περιλαμβάνει τη διείσδυση νερού με μια τεχνική που ονομάζεται αντίστροφη όσμωση. Στις κουζίνες μας, το αέριο στο υγραέριο βγαίνει με διάχυση.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι διάχυσης όπως απλή διάχυση, διευκολυνόμενη διάχυση, αιμοκάθαρση, όσμωση.