Exemplos de Difusão

A difusão é um processo de transporte de matéria no qual há um movimento líquido de partículas de uma área onde estão em maior concentração para outra onde estão em menor concentração . Simplificando, a difusão é o movimento de substâncias impulsionado por diferenças de concentração.

A difusão é conhecida há centenas de anos. Sentimo-lo no ar quando sentimos o cheiro a pão acabado de sair da padaria, quando sentimos o aroma a café vindo da cozinha mesmo estando noutra divisão a vários metros de distância, ou quando sentimos o cheiro a incenso sempre que passamos por perto. um templo.

A experiência nos diz que este é um processo passivo e espontâneo. Em primeiro lugar, porque não requer qualquer aporte de energia e, em segundo lugar, porque acontece, queiramos ou não, sempre que há uma diferença de concentração entre dois lugares no espaço.

Fatores que afetam a difusão

O processo de difusão depende de diversas variáveis ​​relacionadas tanto ao meio em que as partículas estão se difundindo quanto às características das próprias partículas.

Concentração

Já mencionamos que o fator determinante para que ocorra a difusão é que haja um gradiente de concentração, ou seja, deve haver uma diferença na concentração de partículas em dois pontos do espaço para que as partículas se difundam de um para o outro.

O gradiente de concentração é expresso como o quociente entre a diferença nas concentrações de uma substância em dois pontos no espaço (ou no meio) e a distância entre os dois pontos. Matematicamente isso é escrito como

O que importa não é a concentração em si, mas que haja uma diferença nas concentrações. Se dois pontos no espaço tiverem concentrações muito altas, mas ambos forem iguais, não haverá difusão entre os dois pontos.

A temperatura

A difusão ocorre devido a movimentos aleatórios em todas as direções das partículas que compõem a matéria. Esse movimento, chamado de movimento browniano, em homenagem ao botânico que o descobriu no século 19, Robert Brown, vem de colisões entre as partículas que compõem a matéria que estão sob constante agitação térmica.

Como a agitação térmica aumenta com a temperatura, os processos de difusão se tornam mais rápidos em temperaturas mais altas.

O meio em que é divulgado

Embora possa não parecer, a difusão pode ocorrer em qualquer tipo de matéria, incluindo gases, líquidos e também sólidos. No entanto, o processo não é o mesmo em cada meio.

Por exemplo, o aroma do café se difunde muito bem pelo ar, mas não pelo metal. Prova disso é que uma garrafa térmica lacrada cheia de café não exala aroma de café até o momento em que é destampada. No entanto, com o tempo, as partículas aromáticas do café acabarão por se difundir pelo metal, pois nenhum material é perfeitamente impermeável.

A massa das partículas

A massa das partículas tem um efeito direto na velocidade com que elas podem se difundir. Partículas mais pesadas tendem a se mover mais lentamente do que partículas mais leves a uma determinada temperatura. Por esta razão, quanto mais pesada for uma partícula, mais lentamente ela se difundirá.

A forma e o tamanho das partículas

Além de depender da massa, a forma de uma partícula afeta muito sua capacidade de se difundir em diferentes meios. Quanto menor e mais esférica for uma partícula, melhor será sua capacidade de se difundir através de diferentes meios.

equações de difusão

O processo de difusão é caracterizado principalmente pela lei de Graham e pelas leis de Fick.

Lei de Graham

A lei de Graham afirma que, quando dois gases se difundem, a taxa de difusão é inversamente proporcional ao quadrado de sua densidade. Agora sabemos que a densidade de um gás é proporcional à sua massa molar, o que nos permite enunciar a lei de Graham em termos da massa molar do gás. Em forma matemática, a lei de Graham afirma que, para dois gases, A e B, a relação entre suas taxas de difusão é dada por:

onde v _A e v _B representam as taxas médias de difusão de cada gás e M _A e M _B são suas respectivas massas molares.

Leis de Fick

As leis de Fick são as expressões matemáticas que regem os processos de difusão. Sua solução permite quantificar a taxa de difusão de uma substância através de um meio e também determinar como varia a concentração de partículas em um determinado ponto em função do tempo.

Primeira lei de Fick

A forma mais simples da primeira lei de Fick é dada por:

onde J representa o número de partículas que passam por unidade de área e por unidade de tempo em um determinado ponto, D é uma constante de proporcionalidade denominada coeficiente de difusão, φ representa a concentração ex a posição.

O quociente dφ/dx representa o gradiente de concentração em uma única dimensão (equivalente àquela que definimos no início do artigo), então a 1ª lei de Fick na verdade expressa que a difusão é diretamente proporcional ao gradiente de concentração. Além disso, também indica que a mudança é da maior para a menor concentração (daí o sinal de menos na equação) e que a constante de proporcionalidade é o coeficiente de difusão.

segunda lei de Fick

A segunda lei de Fick é dada por:

O membro esquerdo representa a taxa de mudança de concentração ao longo do tempo em um determinado ponto do espaço, então esta lei nos permite determinar como a concentração de uma substância muda ao longo do tempo devido à difusão. Podemos ver que, se não houver gradiente de difusão, então o lado direito da equação é zero (0), então a taxa de mudança da concentração também será zero e, portanto, a concentração não muda com o tempo ( permanece constante).

Exemplos de Difusão

Difusão através da membrana celular

O processo pelo qual uma substância solúvel em gordura, como o dióxido de carbono, atravessa a membrana celular é um processo de difusão simples regido pelas leis de Fick. Nesse caso, a difusão depende de quão lipossolúvel é o soluto, das concentrações do soluto dentro e fora da célula, da espessura da membrana e de outras variáveis.

Difusão de perfume em ambiente fechado

Todos nós já vimos em algum momento alguém que coloca perfume em um lado da sala e, depois de um tempo, o cheiro do perfume chega às nossas narinas. Isso ocorre graças à difusão de partículas aromáticas pelo ar.

Difusão de tinta no tecido de uma camisa

Um exemplo lamentável de difusão através de um material sólido é o que acontece quando uma gota de tinta cai sobre um pano. Depois de um tempo, a gota se espalha pelo material por meio de difusão.

Uma gota de corante em um copo de água

Este é o exemplo clássico do processo de difusão em meio líquido, pois é muito fácil de observar. Se uma pequena gota de corante alimentar for cuidadosamente colocada em um copo cheio de água, podemos primeiro observar como a gota cai no fundo, gerando pequenos arabescos coloridos nas laterais. Isso não é difusão, mas mistura mecânica.

No entanto, depois de um certo tempo, a gota permanecerá imóvel depois que todas as correntes de líquido tiverem se dissipado. A partir desse momento, você pode ver o surgimento de uma espécie de halo difuso em torno de onde a cor é mais intensa e, com o passar do tempo, esse halo aumenta cada vez mais, mas sempre desaparece. Parece mais escuro no início e completamente transparente no final. Essa é a marca do processo de difusão. É um processo lento e sempre vai de onde as substâncias estão mais concentradas para onde estão menos concentradas.

Depois de muito tempo, sem precisar sacudir o vidro, notamos que a cor fica mais uniforme. Isso ocorre porque a difusão homogeneizou lentamente a solução.

Referências

Macneill, H., Battaglia, G., Carpi, A. (nd). Difusão – Uma Introdução. Obtido em https://www.visionlearning.com/es/library/Qu%C3%ADmica/1/Difusi%C3%B3n/216

Difusão. Lei de Fick (nd) Extraído de http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/transporte/difusion/difusion.htm

Sanboh Lee, HY Lee, IF Lee, CY Adolescente (2004). Difusão da tinta na água . Eur. J. Phys. 25. 331-336. Obtido em http://mitgcm.org/~edhill/Tracer_work/papers/ejp4_2_020.pdf