Diffusion spiller en vigtig rolle i mange kemiske og biologiske processer. Organismer gennemgår en konstant og løbende diffusionsproces i alle dele, komponenter og områder af deres systemer.

Selv mens du læser dette, diffunderer ilt ud af dit vaskulære systems kapillærer og tilføres dine muskler. Dette er en passiv diffusion; ingen andre molekyler hjælper ilten med at mætte det væv, som den diffunderer ind i. Andre diffusionsfunktioner hjælpes på vej af forskellige molekyler.

Som praktisk talt alle andre naturfænomener følger diffusion naturens og fysikkens love. Hvad disse love er, og hvorfor de findes, hvordan de følges, og hvilke faktorer der påvirker diffusionen, er det, som din superprof vil se på i denne artikel.

Højdepunkter ved diffusion
Diffusion er nettobevægelsen af molekyler fra et område med høj koncentration til et område med lav koncentration.
Det diffunderede materiale kan være fast stof, væske eller gas
Materialer kan diffundere til et fast, flydende eller gasformigt miljø.
Diffusion betegner molekylers bevægelse langs en koncentrationsgradient.
Diffusionshastigheden afhænger af interaktionen mellem mediet og det materiale, det diffunderer ind i.
De bedste undervisere i biologi
Bent
5
5 (9 anmeldelser)
Bent
150kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Maja
5
5 (3 anmeldelser)
Maja
200kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Cecilie
Cecilie
179kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Lasse
5
5 (1 anmeldelser)
Lasse
150kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Frederik
5
5 (4 anmeldelser)
Frederik
160kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Farida
5
5 (2 anmeldelser)
Farida
140kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Julie
Julie
218kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Anne-sophie
Anne-sophie
150kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Bent
5
5 (9 anmeldelser)
Bent
150kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Maja
5
5 (3 anmeldelser)
Maja
200kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Cecilie
Cecilie
179kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Lasse
5
5 (1 anmeldelser)
Lasse
150kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Frederik
5
5 (4 anmeldelser)
Frederik
160kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Farida
5
5 (2 anmeldelser)
Farida
140kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Julie
Julie
218kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Anne-sophie
Anne-sophie
150kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Kom i gang

Diffusions partikler

Diffusion beskriver en ret bred vifte af aktiviteter i alle stoftilstande - gas, fast stof og væske. Selv plasma, der undertiden betragtes som materiens fjerde tilstand. Men trods alle de mange forskellige former for stof, der kan deltage i diffusion, kan det koges ned til en simpel proces.

Diffusion er molekylernes bevægelse fra et område med meget koncentrerede partikler til et område med mindre koncentrerede partikler.

Kaffe blandes med mælk er et godt eksempel at bruge, når man skal besvare følgende spørgsmål: Hvad er diffusion?
Når du hælder kold mælk i varm kaffe, kan du se, at mælkepartiklerne strømmer til områder med lav partikelkoncentration. (Kilde: Demi Deherrera, Unsplash)

Kommer du mælk i din te eller kaffe?  Hvis ja, har du måske bemærket, at mælken ikke straks gør hele drikken lysere i farven. I begyndelsen er det kun det sted, hvor mælken bliver hældt op, der bliver hvidt; det kræver noget omrøring at afbalancere blandingen korrekt.

Tilsætning af mælk til kaffe er et godt eksempel på diffusion, selv om du er nødt til at hjælpe det lidt på vej ved at røre rundt.

Ikke alle diffusioner er øjeblikkelige; det er derfor, vi er nødt til at overveje diffusionshastigheden. To simple væsker, f.eks. madfarve og vand, vil diffundere i hinanden ret hurtigt. Hvis vi omvendt tester væsker, der ikke blandes - f.eks. benzin og vand - vil vi opdage, at kun det mindste kontaktlag af de to væsker diffunderer ind i hinanden, og det meget langsomt.

Der er en afgørende faktor, der adskiller diffusion fra osmose, nemlig tilstedeværelsen af en membran, der kan diffundere igennem. Osmose defineres som diffusion af molekyler gennem en halvpermeabel membran; diffusion betyder i store træk, at molekyler bevæger sig langs en koncentrationsgradient med eller uden en barriere på plads.

I denne artikels indledning berørte vi ilt, der diffunderer gennem kapillærer og ind i vores kropsvæv. Hvis vi dykker dybere ned i dette koncept, finder vi ud af, at aerob respiration spiller en rolle i diffusionsprocessen.

Den kuldioxid, der dannes som et biprodukt af celleånding, øger koncentrationen af disse molekyler i cellerne. Efterhånden som antallet af molekyler øges, skubbes de udad mod kapillærerne, hvor blodstrømmen med sin kraft skubber dem ud af vævene, gennem kredsløbssystemet og ind i lungerne for at blive udstødt, når vi trækker vejret.

I dette eksempel kan vi se, hvor omfattende diffusionen er i biologiske systemer. Selv om iltmolekyler konstant kommer ind i vævene, bevæger kuldioxidmolekyler sig hele tiden ud. Det beviser, at et stof eller en diffusionsproces kan ske uafhængigt af alle andre diffusionsprocesser, der kan foregå på samme tid.

Overordnet set er diffusion afgørende for, at cellestrukturerne fungerer korrekt.

Hvad er diffusion og hvilke typer er der?

Da diffusion er universel - en proces, som enhver type stof tager i enhver tilstand, og som er afgørende for opretholdelse af organismer, bør det ikke komme som nogen overraskelse, at der ville være to metoder til diffusion.

Simpel diffusion repræsenterer molekyler, der bevæger sig langs en koncentrationsgradient uden input, påvirkning eller interferens fra andre molekyler eller kræfter.

Tidligere nævnte vi, at kuldioxid diffunderer ind i kar-systemet for at blive transporteret til lungerne og til sidst udstødes. Kuldioxidmolekylet er lille nok til at diffundere let og uden hjælp - det, der kaldes faciliteret diffusion; den type, som vi skal tale om om lidt senere.

Osmose falder ind under kategorien simpel diffusion. De vandmolekyler, der passerer gennem vores cellevægge, behøver ingen yderligere hjælp; de er små nok til at passe gennem porerne i disse barrierer uden specialiserede proteiner.

Et stof opløses i et andet stof, så der sker diffusion
På dette billede ser vi et opløst stof, der spredes gennem et opløsningsmiddel. (Kilde: Lucas Kapla, Unsplash)
De bedste undervisere i biologi
Bent
5
5 (9 anmeldelser)
Bent
150kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Maja
5
5 (3 anmeldelser)
Maja
200kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Cecilie
Cecilie
179kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Lasse
5
5 (1 anmeldelser)
Lasse
150kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Frederik
5
5 (4 anmeldelser)
Frederik
160kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Farida
5
5 (2 anmeldelser)
Farida
140kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Julie
Julie
218kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Anne-sophie
Anne-sophie
150kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Bent
5
5 (9 anmeldelser)
Bent
150kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Maja
5
5 (3 anmeldelser)
Maja
200kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Cecilie
Cecilie
179kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Lasse
5
5 (1 anmeldelser)
Lasse
150kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Frederik
5
5 (4 anmeldelser)
Frederik
160kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Farida
5
5 (2 anmeldelser)
Farida
140kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Julie
Julie
218kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Anne-sophie
Anne-sophie
150kr
/t
Gift icon
1. undervisning gratis!
Kom i gang

Faciliteret diffusion

Mens simpel diffusion i bund og grund er naturens og fysikkens love på arbejde, kræver faciliteret diffusion en smule hjælp for at opnå de ønskede resultater. Et andet molekyle låner sin energi til at flytte et større eller mere polært molekyle hen over det hydrofobiske/lipide dobbeltlag.

Molekyler med høj energi som ATP er ikke nødvendigvis involveret i alle processer med faciliteret diffusion, fordi diffusionsprocessen, uanset om den er faciliteret eller simpel, er molekyler, der bevæger sig langs deres koncentrationsgradienter. ATP og det beslægtede molekyle GTP (guanosintrifosfat) kan dog spille en indirekte rolle.

På grund af den ukomplicerede struktur har bakterier ikke andre muligheder end simpel diffusion for at optage ilt og nogle næringsstoffer. Faciliteret diffusion bruges til at transportere næringsstoffer i bakterier, fordi disse organismer ikke har nogen organeller; de har således ingen mulighed for at gribe fat i og transportere føde.

Diffusionens funktioner

I en væske eller gas bevæger molekyler og ioner sig konstant rundt og forsøger at blive jævnt fordelt i opløsningsmidlet. Selv om disse partikler i sidste ende opnår en stabil koncentration i hele mediet, vil de fortsætte med at bevæge sig, og de vil bevæge sig i alle retninger.

Hvad skal al denne bevægelse bruges til? Udover at opretholde ligevægt,

  • hos dyr:
    • ilt og kuldioxid diffunderes ind og ud af blodet
    • kuldioxid diffunderes ud af lungerne og ud i luften
    • næringsstoffer og ilt diffunderes ind i vævene
    • partikler diffunderes for at forsyne cellerne med næringsstoffer, vand og ilt og for at transportere affaldsprodukter ud.
  • i planter:
    • kuldioxid diffunderes fra luften ind i planternes blade
    • ilt diffunderes ud af planternes blade
    • næringsstoffer diffunderes gennem hele plantens transportsystem, hvilket fremmes af proteiner

Fotosyntesen, som er processen med at skabe glukose og ilt fra sollys, er afhængig af diffusion. Plantecellernes - og for den sags skyld også dyrecellers - struktur er optimal for den type gasudveksling, som diffusion er en af funktionerne.

Desuden er de opbygget på en sådan måde, at de tillader diffusion af større molekyler, især mineraler og næringsstoffer, selv om det er mere sandsynligt, at de benytter sig af faciliteret diffusion.

Faktorer, der påvirker diffusionen

Uanset hvilke opløsningsstoffer og opløsningsmidler der er tale om, er diffusion kontinuerlig. Der er dog fire faktorer, der kan ændre diffusionens hastighed og grad.

Partikelstørrelse

Uanset forholdene diffunder mindre partikler hurtigere end større partikler. Desuden har mindre partikler måske ikke brug for "hjælpeproteiner" til at holde dem i bevægelse. Større molekyler, især molekyler med mere komplekse former/overflader og større masse, bøjer sig for fysikkens love. De vil bevæge sig langsommere langs deres koncentrationsgradienter end mindre, mere strømlinede partikler.

F.eks. vil et iltmolekyle, der er relativt enkelt opbygget og let, bevæge sig hurtigere end f.eks. et jodmolekyle.

Når to stoffer bliver blandet sammen opstår der diffusion
Afhængigt af hvor mættet opløsningsmidlet er, vil partiklerne fortsætte med at søge efter områder med lav koncentration, som de kan indtage. (Kilde: Lucas Kaple, Unsplash)

Interaktionsområde

For at tydeliggøre dette punkt kan vi huske vores kop kaffe, som vi lige har tilsat mælk. Det sted, vi hældte mælken i, er lysere, og afhængigt af hvor meget vi hældte i, har bølger af mælk spredt sig i hele drikken. Hvis vi ikke gør andet, vil mælken til sidst samle sig i bunden af koppen, fordi den er lidt tættere end kaffe.

Husk, at partikelstørrelsen er en anden faktor, der påvirker diffusionen, og derfor er mælkens fordeling i kaffen begrænset. På dette tidspunkt er området med interaktion mellem partiklerne meget lille. Vi er nødt til at omrøre vores drik for at øge interaktionsområdet.

Omrøring driver mælkepartiklerne mod områder, hvor der er færre mælkepartikler. Efter et par sekunders omrøring er mælkepartiklerne spredt ud over hele den mørke drik.

Hvis man øger interaktionsområdet på nogen måde, kan man opnå en hurtigere diffusionsproces. Giver det mening? Hvis ikke kan du få et privat kursus biologi, der kan fokusere på at hjælpe dig med at forstå diffusionsprocesser - både med sjove forsøg og god forklaring.

Temperatur

Højere temperaturer medfører, at der frigives mere kinetisk energi. Du kan selv kontrollere denne fysiklov ved at prøve eksperimentet med mælk/kaffe. Du skal bruge en varm kop kaffe eller te og en identisk kop, der kun er lunken. Hæld nu en på forhånd afmålt mængde mælk i begge kopper, og observer, hvordan mælken reagerer.

I den varme kop vil mælken virke mere livlig; den vil hoppe fra bunden og skabe synlige bølger lige under væskens overflade. Mælken i den lunkne kop kaffe vil derimod opføre sig trægt, lægge sig på bunden og sandsynligvis ikke skabe nogen hoppende bølger.

Jo større temperaturforskellen er, jo mere livlige bliver de molekyler med lavere temperatur. De begynder at zappe af hinanden og væk fra det kolde centrum og sender sig ud i det varmere miljø.

Dette er det samme princip, som får is til at smelte hurtigere på en varm dag end på en køligere dag.

Gradientens stejlhed

Diffusion er det fænomen, at partikler bevæger sig fra et område med høj koncentration til et område med lavere koncentration af partikler. Det er derfor logisk, at jo lavere koncentrationen af partikler er, jo hurtigere vil de bevæge sig til det pågældende område. Omvendt vil partiklerne bevæge sig langsommere, jo mere mættet et område bliver.

Husk, at diffusion er en konstant og løbende proces, og at den går i flere retninger. Så hvis et område bliver mættet, vil partiklerne fortsætte med at bevæge sig, indtil de finder et område, hvor der endnu ikke er opnået ligevægt.

Molekylers nettobevægelse og de faktorer, der påvirker diffusionen, har stor betydning for cellebiologien - i alle organismer. Det er vigtigt at vide, hvordan disse interaktioner fungerer, og hvordan de opretholder livet.

>

Platformen der forbinder undervisere og elever

Første undervisning gratis

Kunne du lide denne artikel? Skriv en anmeldelse!

5,00 (1 anmeldelse(r))
Loading...

Adil

Adil bor i København, hvor hun arbejder som freelanceoversætter og underviser i dansk. Udover dansk taler Adil også engelsk, russisk og tysk. Når Adil ikke arbejder elsker hun at rejse, løbe og dyrke yoga.