Na splošno difuzija preprosto pomeni širjenje snovi ali kakovosti iz območja z relativno visoko koncentracijo na območje z nižjo koncentracijo. Izraz se najpogosteje uporablja za opis procesa, s katerim molekule različnih vrst dosežejo enotno koncentracijo, potem ko so bile sprva neenakomerno porazdeljene, s svojimi naključnimi premiki. Temu včasih rečemo molekularna difuzija in ima ključno vlogo na številnih področjih fizike, kemije in biologije. Tesno je povezan z načinom, kako celice sprejemajo hranila, zato življenje brez njega ne bi moglo obstajati. Izraz se lahko nanaša tudi na širjenje toplote ali svetlobe ali, v kontekstu družboslovja, na širjenje idej ali inovacij skozi družbo.
Molekularna difuzija
Molekule so zaradi prisotnosti toplote nenehno v gibanju; tudi pri izjemno nizkih temperaturah je prisotno nekaj toplotne energije, ki daje delcem toplotno gibanje. V trdnih snoveh se delci držijo v relativno togi strukturi in se ne morejo preveč oddaljiti od svojih začetnih položajev, v tekočinah in plinih pa se lahko prosto gibljejo na manj omejen način. To gibanje je naključno, saj se molekule nenehno odbijajo ena od druge, tako da ni celotnega vzorca. To naključno gibanje omogoča, da pride do difuzije. Hitrost, s katero se pojavi pojav, narašča s temperaturo, saj se hitrost premikanja delcev povečuje.
Če dva različna plina pri isti temperaturi prideta v stik drug z drugim, bo sčasoma naključno gibanje njunih molekul povzročilo, da se mešata, dokler nista enakomerno porazdeljena, brez vpliva katerega koli zunanjega dejavnika. Podoben pojav lahko pogosto opazimo pri dveh različnih tekočinah, včasih pa se zaradi kemičnih dejavnikov tekočine ne mešata. Na primer, dodajanje rastlinskega olja vodi ne bo povzročilo difuzije. Ko se trdna snov raztopi v tekočini, se njene molekule razpršijo po tekočini.
V tekočinah, ki se mešajo, je mogoče opaziti difuzijo, če so tekočine različnih barv. Tega pojava pa ne smemo zamenjevati s konvekcijo ali advekcijo, ki vključujeta gibanje tekočin v velikem obsegu s tokovi, ki zahtevajo vir energije. Difuzija je ena od oblik tistega, kar znanstveniki imenujejo pasivni transport, kar pomeni gibanje, ki se pojavi brez potrebe po dodatni energiji. V pogosto citiranem primeru kapljice obarvanega barvila, ki se doda v kozarec vode, je večina mešanja, ki se pojavi, dejansko posledica tokov, ki nastanejo zaradi začetnega gibanja kapljice barvila pod gravitacijo. V poskusih, ki odpravljajo ta in podobne učinke, je mogoče opaziti pravo difuzijo; na primer lahko vidimo, da obarvana voda razprši skozi gel, vendar je to veliko počasnejši proces.
Pomen za življenje
Difuzija ima tudi vlogo pri procesih, ki so vključeni v življenje celice, zlasti pri transportu hranil, aminokislin in drugih esencialnih snovi z enega mesta na drugega. Osmoza, proces, s katerim se molekule prenašajo po stenah in membranah posameznih rastlinskih in živalskih celic, je oblika difuzije. Celična stena je selektivno prepustna membrana ali tista, skozi katero lahko prehajajo določene molekule, druge pa ne. Če je na eni strani membrane raztopina visoke koncentracije, medtem ko je na drugi strani enaka raztopina v nižji koncentraciji, se topilo nagiba k premikanju v območje višje koncentracije, dokler obe raztopini ne dosežeta ravnotežja. . To se lahko zgodi le, če so molekule topljenca – raztopljene snovi – večje od molekul topila. Manjše molekule topila lahko prehajajo skozi membrano, medtem ko so večje za to prevelike in morajo ostati na drugi strani.
Druge oblike difuzije
Difuzija lahko pomeni tudi širjenje toplote skozi trdno snov, čeprav se to običajno imenuje prevodnost, in širjenje svetlobe skozi prosojno snov – na primer motno steklo v žarnici, ki se uporablja za zagotavljanje “razpršene” svetlobe, ki je bolj prijetno na oko. Izven konteksta fizike se lahko izraz uporablja za opis širjenja ideje ali inovativne tehnologije skozi populacijo s stikom med ljudmi, skladnostjo znotraj skupine ali z opazovanjem koristi, ki jih prinašajo drugim.