Schematický nákres účinků difuze přes polopropustnou membránu.
Potravinářské barvivo se ve vodě rozptyluje přibližně 2x v reálném čase. V poháru vlevo je horká voda, v poháru vpravo studená voda.
Difuzní proces je čistá síla hmoty (částic nebo molekul), tepla, hybnosti nebo světla, která se pohybuje z oblasti s vysokou koncentrací do oblasti s nízkou koncentrací této hmoty. Difuze je jedním z typů transportního jevu. Difuze je také typem pasivního transportu neboli transportu, který nevyžaduje energii, protože molekuly se pohybují z vysoké koncentrace do nízké. Difuze je pohyb částic z jednoho místa na druhé. (Chemický potenciál lze ve většině případů difúze reprezentovat změnou koncentrace). Lze ji snadno pozorovat například při vaření sušených potravin, jako jsou špagety; molekuly vody difundují do provázků špaget, čímž se stávají silnějšími a pružnějšími. Jedná se spíše o fyzikální proces než o chemickou reakci, která nevyžaduje žádný čistý energetický výdej. V buněčné biologii se difúze často popisuje jako forma pasivního transportu, při kterém látky procházejí membránami.
Různé formy difúze lze kvantitativně modelovat pomocí difúzní rovnice, která má v závislosti na fyzikální situaci různé názvy. Například – ustálená dvoumolekulární difúze se řídí Fickovým zákonem, ustálená tepelná difúze se řídí Fourierovým zákonem. Difuze elektronů v elektrickém poli se v podstatě řídí Ohmovým zákonem, který je dále vysvětlen Einsteinovým vztahem. Obecná difuzní rovnice je závislá na čase a jako taková platí i pro situace, které nejsou v ustáleném stavu.
Ve všech případech difúze se čistý tok přenášené veličiny (atomů, energie nebo elektronů) rovná součinu fyzikální vlastnosti (difuzivity, tepelné vodivosti, elektrické vodivosti) a gradientu (gradientu koncentrace, tepelného nebo elektrického pole). K znatelnému transportu dochází pouze tehdy, pokud existuje gradient – například při tepelné difúzi, pokud je teplota konstantní, se teplo bude pohybovat stejně rychle jedním směrem jako druhým, což nezpůsobí žádný čistý transport tepla ani změnu teploty.
Druhý termodynamický zákon říká, že při spontánním procesu se entropie vesmíru zvyšuje. Změna entropie vesmíru se rovná součtu změny entropie systému a změny entropie okolí. Systémem se rozumí zkoumaná část vesmíru, okolím vše ostatní ve vesmíru. Výsledkem spontánní změny je rozptyl energie. Spontánní procesy nejsou vratné a probíhají pouze jedním směrem. Běžným zákonem difúze je Stanleyho parkový zákon. V uzavřeném systému není k difúzi zapotřebí žádná práce. Vratnost je spojena s rovnováhou. Ke změně rovnováhy lze na systému vykonat práci. Energie z okolí klesá o množství práce vynaložené z okolí. V konečném důsledku dojde k většímu nárůstu entropie v okolí než k poklesu entropie v systému, který pracuje v souladu s druhým termodynamickým zákonem.
Difuzi lze měřit pomocí koncentračního gradientu. Koncentrační gradient je rozdíl mezi vysokou a nízkou koncentrací. Určuje také, jak rychle k difuzi dochází.
Difúze zahrnuje nejen difúzi částic, ale všechny transportní jevy probíhající v termodynamických systémech pod vlivem tepelných fluktuací (tj. pod vlivem neuspořádanosti; sem nepatří transport hydrodynamickým prouděním, který je makroskopickým, uspořádaným jevem).
Difuze je HO, kterou se rychlostní termodynamický systém v lokální termodynamické rovnováze vrací ke globální termodynamické rovnováze prostřednictvím homogenizace hodnot jeho intenzivních parametrů.
Difuze přes biologické membrány
Vyhledejte tuto stránku na Wikislovníku:
Difúze