Svi ponekad trebamo malo mjesta za sebe. To je tako čak i na molekularnoj razini. Molekule ponekad ne žele baš biti preblizu jedna drugoj i pokušavaju se maknuti iz gužve. Taj proces se naziva difuzija. Idemo istražiti što je to i koji faktori utječu na difuziju u ovom jednostavnom eksperimentu.

Sadržaj

1. Što je Difuzija?
2. Zašto dolazi do Difuzije?
3. Faktori koji utječu na brzinu Difuzije
4. Materijali potrebni za demonstraciju Difuzije
5. Postupak demonstracije Difuzije
6. Što ćete naučiti i koje vještine ćete razvijati

Što je Difuzija?

Je li vam ikad zamirisao susjedov ručak na putu kući? Ili ste prepoznali parfem nekoga tko je već otišao iz prostorije? Iskusili ste difuziju!

Difuzija je kretanje čestica iz prostora više koncentracije u prostor niže koncentracije. Najčešće se događa u plinovima i tekućinama.

Prvo razjasnimo terminologiju. Kad govorimo o difuziji, često se spominje i koncentracijski gradijent (ili električni ako govorimo o elektronima). Gradijent znači samo promjena u količini neke varijable u prostoru. U slučaju koncentracijskog gradijenta, mijenja se koncentracija čestica. Dakle, koncentracijski gradijent možemo definirati kao područje u kojem se mijenja koncentracija neke tvari.

Na primjer, zamislite kako koristite osvježivač zraka. Postoji jedno mjesto s vrlo visokom koncentracijom tvari (kemijskih spojeva koje čine osvježivač). To je mjesto gdje smo inicijalno pošpricali osvježivač. U drugim dijelovima sobe koncentracija tvari je vrlo niska (u početku 0). Polako dolazi do difuzije – naš osvježivač se kreće zrakom. Kažemo da se kreće niz koncentracijski gradijent – od područja više do područja niže koncentracije. Kad je koncentracija podjednaka u čitavom procesu kažemo da je došlo do ravnoteže.

Važno je napomenuti kako se čestice ni tada ne prestaju kretati. Postoje kompleksne formule koje to opisuju, no možda je lakše vizualizirati. Zamislite sobu podijeljenu linijom na dva jednaka dijela. Čestice se stalno kreću preko linije u oba smjera, ali u svakom trenutku je jednaka količina čestica na obje strane. To je zato što postoji jednaka vjerojatnost da će se čestica pomaknuti s lijeva na desno kao i da će se pomaknuti s desna na lijevo. Iako se stalno kreću, ne dolazi do promjene u ukupnom broju čestica pa ne primjećujemo da se išta događa.

Difuzija je vrsta pasivnog prijenosa. To znači da na zahtijeva nikakvu energiju da bi započela. Događa se prirodno bez miješanja ili mućkanja.

Postoji i olakšana difuzija koja se događa uz pomoć posrednika ili prenositelja. Prenositelji su proteini koji omogućuju prolazak samo određenih molekula.

Možda se sjećate pojma osmoze i pitate se kako se razlikuje od difuzije. Zapravo su to dva vrlo slična procesa. Osmoza je samo difuzija kroz propusnu ili polupropusnu membranu. Istraživali smo osmozu u eksperimentu s gumenim medvjedićima pa svakako pročitajte ako vas zanima više.

Zašto dolazi do Difuzije?

Žele li se čestice stvarno udaljiti iz grupe i naći osamljenije mjesto? Ne, ne u smislu u kojem mi to doživljavamo. Nema planiranja (ni introvertiranosti), samo vjerojatnost.

Svi fluidi podliježu istim zakonitostima fizike, specifično mehanike fluida. Najčešće mislimo o fluidima kao o tekućinama, no i plinovi (npr. zrak) su također fluidi. Po definiciji, fluidi su svaka tvar koja nema fiksni oblik i lako ga mijenja pod utjecajem vanjske sile. Možemo reći da su fluidi sve tvari koje mogu teći.

Jedno važno svojstvo fluida je da se njihove molekule neprestano gibaju. U tom kretanju dolazi do međusobnog sudaranja i odbijanja u raznim smjerovima.

To nasumično kretanje ima i ime – Brownovo (nasumično) kretanje. Ime je dobilo po biologu Robertu Brownu koji je primijetio i opisao ovaj fenomen 1827. Dok je istraživao ponašanje peluda u vodi, opazio je da se pelud giba pod mikroskopom. Njegov zaključak je bio da to pokazuje da je pelud živi organizam.

No iz tog opažanja proizašlo je nešto revolucionarno. Dosta godina kasnije poslužilo je Einsteinu da razvije teoriju gibanja atoma. Jean Baptiste Perrin je to i eksperimentalno potvrdio 1905., te je to bio ključni dokaz za fizičko postojanje atoma i molekula.

Faktori koji utječu na brzinu Difuzije

Postoji nekoliko faktora koji utječu na brzinu difuzije. Prvi je veličina koncentracijskog  gradijenta. Što je veća razlika u koncentraciji čestica, brže će doći do difuzije. Ova zakonitost se naziva Fickov zakon difuzije.

Drugi važan faktor je prostor, odnosno udaljenost koju čestice trebaju prijeći. Kao što možete pretpostaviti, što je veći prostor, to je sporija difuzija jer čestice moraju prevaliti veći put.

Zatim imamo karakteristike tvari i otapala. Ovdje su nam posebno zanimljivi masa tvari i gustoća otapala. Teže molekule se sporije kreću, a time je i difuzija sporija. Slično je i s gustoćom. Što je gustoća veća, molekule se teže kreću i to usporava brzinu difuzije.

Posljednji faktor koji ćemo spomenuti je temperatura. Grijanje i hlađenje mijenjaju kinetičku energiju čestica u našoj tvari. U slučaju zagrijavanja, povećavamo kinetičku energiju čestica – to znači da se počinju kretati sve brže. A znamo da je brzina kretanja proporcionalna brzini difuzije, što se čestice brže kreću, brža se odvija i difuzija. 

Demonstrirat ćemo difuzije prehrambene boje u vodi i istražiti kako temperatura vode utječe na brzinu difuzije. Krenimo istraživati!

Materijali potrebni za demonstraciju Difuzije

• 2 prozirne čaše – Najobičnije staklene čaše će poslužiti. Trebaju nam dvije, jedna za hladnu vodu i jedna za vruću vodu kako bismo opažali razliku u brzini difuzije. 
• Vruća i hladna voda – Što je razlika u temperaturi veća, jasnije ćemo vidjeti razliku. Možete zagrijati vodu u kuhalu ili na štednjaku za vruću vodu. Obična voda iz slavine može poslužiti kao hladna voda.
• Prehrambene boje – Ako nemate prehrambene boje, mogu poslužiti i neke vodene boje. Promatrat ćemo kako se boja širi kroz vodu. Za bolji vizualni efekt, možete koristiti dvije različite boje.

Postupak demonstracije Difuzije

Imamo video o demonstraciji difuzije na početku članka pa predlažemo da pogledate kako izgleda cijeli proces. A ako radije čitate pisane upute, u nastavku vam opisujemo čitav proces korak po korak.

1. Uzmite dvije prozirne čaše i napunite ih vodom. U jednu čašu uspite hladnu vodu, a u drugu vruću vodu. Kao što smo već spomenuli, zagrijte vodu skoro do ključanja za vruću vodu, a za hladnu možete iskoristiti vodu iz pipe.
2. Ubacite nekoliko kapi boje u svaku čašu. 3-4 su više nego dovoljne. U ovom slučaju manje je više. Ako stavimo više boje, koncentracija će biti previsoka i nećemo dobro vidjeti proces.
3. Pažljivo gledajte kako se voda širi. Primijetit ćete kako se boja brže širi u vrućoj vodi. To je u skladu s prethodno opisanim faktorima koji utječu na difuziju. Probajte varirati i druge faktore. Što ako je čaša veća ili otapalo gušće (dodajte malo soli)?

Što ćete naučiti i koje vještine ćete razvijati

• Što je difuzija i kako je povezana s osmozom
• Koji faktori ubrzavaju ili usporavaju difuziju
• Što je Brownovo gibanje
• Kako provesti eksperiment
• Da je znanost je zabavna 😊

Ako vam se svidjela ova aktivnost i želite još jednostavnih, zabavnih eksperimenta predlažemo da istražite što je to toplinska kondukcija i kako je demonstrirati. Za još impresivnih efekata nastalih kemijom, predlažemo lava lampu ili istraživanje polariteta pomoću mlijeka. A ako i vi, kao mi, smatrate vodu fascinantnom, ne propustite članak u kojem istražujemo svojstva vode.

Pribilježite se na Newsletter

Pogledajte ostale aktivnosti iz kategorija…