I allmänna termer betyder diffusion helt enkelt spridning av ett ämne eller kvalitet från ett område med relativt hög koncentration till ett område med lägre koncentration. Termen används oftast för att beskriva den process genom vilken molekyler av olika typer uppnår en enhetlig koncentration, efter att först ha varit ojämnt fördelade, genom sina slumpmässiga rörelser. Detta kallas ibland molekylär diffusion och det spelar en nyckelroll inom många områden inom fysik, kemi och biologi. Det är nära relaterat till det sätt på vilket celler tar upp näringsämnen, så livet skulle inte kunna existera utan det. Termen kan också syfta på spridning av värme eller ljus, eller, i samhällsvetenskapliga sammanhang, spridning av idéer eller innovationer genom samhället.
Molekylär diffusion
Molekyler är ständigt i rörelse, på grund av närvaron av värme; även vid extremt låga temperaturer finns viss värmeenergi närvarande, vilket ger partiklar termisk rörelse. I fasta ämnen hålls partiklarna i en relativt stel struktur och kan inte ta sig för långt från sina utgångslägen, men i vätskor och gaser är de fria att röra sig på ett mindre begränsat sätt. Denna rörelse är slumpmässig, eftersom molekylerna ständigt studsar av varandra, så att det inte finns något övergripande mönster. Denna slumpmässiga rörelse är det som tillåter diffusion att ske. Hastigheten med vilken fenomenet inträffar stiger med temperaturen, eftersom hastigheten med vilken partiklarna rör sig ökar.
Om två olika gaser vid samma temperatur bringas i kontakt med varandra kommer, med tiden, den slumpmässiga rörelsen av deras molekyler att få dem att blandas tills de är jämnt fördelade, utan påverkan av någon yttre faktor. Ett liknande fenomen kan ofta observeras med två olika vätskor, men ibland, på grund av kemiska faktorer, kommer vätskorna inte att blandas. Till exempel, tillsats av vegetabilisk olja till vatten kommer inte att resultera i diffusion. När ett fast ämne löses i en vätska kommer dess molekyler att diffundera genom vätskan.
I vätskor som blandar sig kan diffusion observeras om vätskorna har olika färg. Detta fenomen bör dock inte förväxlas med konvektion eller advektion, som involverar bulkrörelse av vätskor av strömmar som kräver en energikälla. Diffusion är en form av vad forskare kallar passiv transport, vilket betyder rörelse som sker utan att någon extra energi krävs. I det ofta citerade exemplet på att en droppe färgat färgämne läggs till ett glas vatten, beror mycket av blandningen som sker faktiskt på de strömmar som skapas av den initiala rörelsen av droppen av färgämne under gravitation. I experiment som eliminerar denna och liknande effekter kan sann diffusion observeras; till exempel kan färgat vatten ses diffundera genom en gel, men detta är en mycket långsammare process.
Vikt för livet
Diffusion spelar också en roll i de processer som är involverade i en cells liv, särskilt transporten av näringsämnen, aminosyror och andra väsentliga ämnen från en plats till en annan. Osmos, den process genom vilken molekyler transporteras över väggarna och membranen hos enskilda växt- och djurceller, är en form av diffusion. En cellvägg är ett selektivt permeabelt membran, eller ett genom vilket vissa molekyler kan passera, men andra inte. Om det på ena sidan av ett membran finns en lösning med hög koncentration, medan det på andra sidan finns samma lösning i lägre koncentration, kommer lösningsmedlet att tendera att flytta till området med högre koncentration tills de två lösningarna når jämvikt . Detta kan bara inträffa om molekylerna i det lösta ämnet – det lösta ämnet – är större än lösningsmedlets. De mindre lösningsmedelsmolekylerna kan passera genom membranet, medan de större är för stora för att göra det och måste förbli på andra sidan.
Andra former av diffusion
Diffusion kan också betyda spridning av värme genom ett fast ämne, även om detta vanligtvis kallas för ledning, och spridning av ljus genom ett genomskinligt ämne – till exempel frostat glas i en glödlampa som används för att ge ett ”diffust” ljus som är mer behaglig för ögat. Utanför fysikens sammanhang kan termen användas för att beskriva spridningen av en idé eller en innovativ teknologi genom en befolkning genom kontakt mellan människor, konformitet inom en grupp eller genom observation av fördelarna för andra.