拡散

拡散とは、物質の分子が高濃度の領域（分子が多い領域）から低濃度の領域（分子が少ない領域）に移動し、平衡に達する（分子が均等に広がる）までの過程です。

拡散は通常、気体中の溶液や液体中で起こります。透明な容器の中で2つの液体が混合されているときに拡散が起こっているのを見ることができます。これは、すべての液体や気体中の粒子の一定の動きを説明しています。これらの粒子は、互いにぶつかり合いながらあらゆる方向に移動します。拡散は気体や液体でしか機能しません。

内容

· 1例

· 2 拡散率

· 3 表面積と体積

· 4 関連ページ

· 5 参考文献

例としては、以下のようなものがあります。

角砂糖を水のビーカーに入れてしばらく放置。
アンモニアの臭いが教室の前から奥へと広がっていく。
トップを外すと香水の煙がボトルから立ち上る。
ビーカーに落とした食品着色料が広がります。
家中に食べ物の匂いが漂う

分子はランダムに移動するだけで、濃度の高いところから濃度の低いところに移動する傾向があります。例えば、肺には血液中の酸素よりも酸素が多いので、酸素分子は血液中に移動する傾向があります。同様に、肺よりも血液中の二酸化炭素分子の方が多いので、二酸化炭素分子は肺に移動する傾向があります。これは細胞生物学では、小さな分子は単に細胞膜を通って拡散しますが、大きな分子はエネルギーを使ってしか通り抜けられません。

流体分子のランダムな動きは、境界線が止まるまで拡散させます。

拡散は受動的なプロセスであり、濃度勾配の下で起こるため、エネルギーを必要としません。

拡散率

拡散は影響を受けます。

濃度勾配 - 勾配が大きいほど拡散が大きくなる
温度 - 温度が高い方がより多くの運動エネルギーがあるため、拡散はより速く起こる。
表面積が大きいところでは拡散が大きくなります。
拡散距離 - 拡散距離が短いところでは拡散が大きくなります。

表面積と体積

小さな単細胞生物では、単純な拡散により、分子を素早く交換して生存を維持することができます。体積に対する表面積の比率が高いことが助けになります。

しかし、多細胞生物にとっては、単純な拡散だけでは十分ではありません。彼らが生き延びるためには、より多くの物質をより長い距離で移動させる必要があります。彼らは、迅速な拡散移動のための内部構造やシステムを持つように進化してきました。例えば、人間には、拡散を迅速に行うための肺があります。植物でも同じことが葉っぱで起こります。

拡散が起こっている様子の図。最初の図は、液体中の粒子を示しています。2番目の図は、粒子が拡散した数秒後の同じ液体を示しています。

質問と回答

Q:拡散とは何ですか?

A:拡散とは、物質の分子が高濃度の領域から低濃度の領域へ、平衡に達するまで移動するプロセスのことです。

Q:拡散は通常どのような種類の物質で起こるのですか?

A: 拡散は通常、気体、液体、時にはコロイドの混合物で起こります。

Q:どのように拡散を観察することができますか?

A:透明な容器の中で2つの液体を混ぜると、拡散を見ることができます。

Q:拡散は何を表しているのか?

A: 拡散は、すべての液体、気体、コロイド中の粒子の絶え間ない動きを記述しています。これらの粒子はあらゆる方向に移動し、互いにぶつかり合います。

Q: 拡散中に粒子が動く方向は決まっているのですか?

A:いいえ、粒子はランダムに移動し、拡散中に特定の方向を持つことはありません。

Q:粒子の移動は、平衡に達すると止まるのですか?

A: はい、平衡に達すると、粒子は材料全体に均一に広がるため、粒子の移動は止まります。

Q: このプロセスには例外がありますか?

A:はい。物質によっては、その構造や組成から、分子が拡散するためにさらなるエネルギーや圧力が必要になる場合があります。