Difusión


La difusión es el movimiento neto de cualquier cosa (por ejemplo, átomos, iones, moléculas, energía) generalmente desde una región de mayor concentración a una región de menor concentración. La difusión es impulsada por un gradiente de energía libre de Gibbs o potencial químico . Es posible difundir "cuesta arriba" desde una región de menor concentración a una región de mayor concentración, como en la descomposición espinodal .

El concepto de difusión se utiliza ampliamente en muchos campos, incluida la física ( difusión de partículas ), la química , la biología , la sociología , la economía y las finanzas (difusión de personas, ideas y valores de precios). La idea central de difusión, sin embargo, es común a todos ellos: una sustancia o colección que experimenta difusión se extiende desde un punto o lugar en el que hay una mayor concentración de esa sustancia o colección.

Un gradiente es el cambio en el valor de una cantidad, por ejemplo, concentración, presión o temperatura con el cambio en otra variable, generalmente la distancia . Un cambio en la concentración en una distancia se llama gradiente de concentración , un cambio en la presión en una distancia se llama gradiente de presión y un cambio en la temperatura en una distancia se llama gradiente de temperatura .

Una característica distintiva de la difusión es que depende de la caminata aleatoria de las partículas y da como resultado la mezcla o el transporte de masa sin requerir un movimiento masivo dirigido. El movimiento masivo, o flujo masivo, es la característica de la advección . [1] El término convección se utiliza para describir la combinación de ambos fenómenos de transporte .

Si las leyes de Fick pueden describir un proceso de difusión , se denomina difusión normal (o difusión de Fickian); De lo contrario, se denomina difusión anómala (o difusión no Fickiana).

El "flujo masivo" es el movimiento / flujo de todo un cuerpo debido a un gradiente de presión (por ejemplo, agua que sale de un grifo). La "difusión" es el movimiento / dispersión gradual de la concentración dentro de un cuerpo, debido a un gradiente de concentración, sin movimiento neto de materia. Un ejemplo de un proceso en el que se producen tanto el movimiento masivo como la difusión es la respiración humana. [2]


Algunas partículas se disuelven en un vaso de agua. Al principio, las partículas están todas cerca de una esquina superior del vidrio. Si las partículas se mueven al azar ("difunden") en el agua, eventualmente se distribuyen al azar y uniformemente desde un área de alta concentración a un área de baja concentración, y se organizan (la difusión continúa, pero sin flujo neto ).
Video secuencial de la difusión de un tinte disuelto en agua en un gel.
Difusión desde un punto de vista microscópico y macroscópico. Inicialmente, hay moléculas de soluto en el lado izquierdo de una barrera (línea púrpura) y ninguna a la derecha. Se quita la barrera y el soluto se difunde para llenar todo el recipiente. Arriba: una sola molécula se mueve aleatoriamente. Medio: Con más moléculas, hay una tendencia estadística de que el soluto llena el recipiente de manera cada vez más uniforme. Abajo: con una enorme cantidad de moléculas de soluto, toda aleatoriedad desaparece: el soluto parece moverse de manera suave y determinista desde áreas de alta concentración a áreas de baja concentración. No hay una fuerza microscópica que empuje las moléculas hacia la derecha, pero pareceser uno en el panel inferior. Esta fuerza aparente se llama fuerza entrópica .
Representación tridimensional de difusión de tinte violeta en agua.
Hornos de difusión utilizados para oxidación térmica.
Difusión en la monocapa: oscilaciones cercanas a posiciones temporales de equilibrio y saltos a los lugares libres más cercanos.
Colisiones aleatorias de partículas en un gas.
A medida que se generan portadores (verde: electrones y violeta: agujeros) debido a la luz que brilla en el centro de un semiconductor intrínseco, se difunden hacia dos extremos. Los electrones tienen una constante de difusión más alta que los huecos, lo que genera menos electrones en exceso en el centro en comparación con los huecos.
Esquema de la membrana semipermeable durante la hemodiálisis , donde la sangre es roja, el líquido de diálisis es azul y la membrana es amarilla.
Reproducir medios
Explicación del aparente movimiento aleatorio de átomos, iones o moléculas. Las sustancias parecen moverse al azar debido a colisiones con otras sustancias. Del iBook Cell Membrane Transport , licencia gratuita otorgada por IS3D, LLC, 2014.