Difusión (física) para niños
La difusión es un proceso natural donde las partículas (como átomos o moléculas) se mueven de un lugar donde hay muchas de ellas a un lugar donde hay menos. Este movimiento continúa hasta que las partículas están distribuidas de manera uniforme en todo el espacio. Es como cuando abres una botella de perfume en una habitación: al principio, el olor es fuerte cerca de la botella, pero luego se extiende por toda la habitación.
Este movimiento de las partículas ocurre por su propia energía y no necesita energía extra para suceder. La difusión es muy común en gases y líquidos. También es una forma importante en que las células de nuestro cuerpo intercambian sustancias.
Contenido
¿Qué es la difusión molecular?
La difusión molecular es el movimiento de las moléculas debido a su energía térmica. Las moléculas chocan entre sí y cambian de dirección. Este movimiento aleatorio hace que se dispersen.
¿Cómo se diferencia la difusión del flujo en masa?
Imagina que tienes una manguera de agua. Cuando abres el grifo, el agua sale con fuerza. Esto es un "flujo en masa" o "flujo volumétrico". Es el movimiento de todo un grupo de cosas (como el agua) debido a una diferencia de presión.
La difusión, en cambio, es la mezcla gradual de sustancias. No hay un movimiento general del material. Por ejemplo, si pones una gota de tinta en un vaso de agua, la tinta se dispersa lentamente sin que el agua se mueva por sí misma.
La respiración: un ejemplo de ambos procesos
Nuestra respiración es un gran ejemplo de cómo funcionan juntos el flujo en masa y la difusión:
- Paso 1: Flujo en masa (inhalación)
Cuando inhalamos, nuestros pulmones se expanden. Esto hace que la presión dentro de ellos baje. Como la presión del aire fuera del cuerpo es más alta, el aire entra en los pulmones. El aire se mueve desde donde hay más presión a donde hay menos.
- Paso 2: Difusión (intercambio de gases)
Una vez que el aire llega a los alvéolos (pequeños sacos en los pulmones), ocurre la difusión. El aire que inhalamos tiene mucho oxígeno. La sangre que llega a los pulmones tiene poco oxígeno y mucho dióxido de carbono. El oxígeno se mueve por difusión desde los alvéolos (donde hay más) hacia la sangre (donde hay menos). Al mismo tiempo, el dióxido de carbono se mueve desde la sangre (donde hay más) hacia los alvéolos (donde hay menos).
- Paso 3: Flujo en masa (circulación de la sangre)
El corazón bombea la sangre rica en oxígeno a todo el cuerpo. Este es otro ejemplo de flujo en masa. La sangre se mueve por los vasos sanguíneos gracias a la presión que ejerce el corazón.
La difusión en diferentes áreas de estudio
El concepto de difusión es muy importante en muchas ciencias:
- Física y Química: Se usa para entender cómo se mueven las partículas.
- Biología: Explica cómo las sustancias entran y salen de las células.
- Ciencia de los materiales: Ayuda a entender cómo se mezclan los materiales.
En todos los casos, la idea principal es que algo se "extiende" desde un lugar donde está más concentrado.
El movimiento aleatorio de las partículas
La difusión ocurre porque las partículas están en constante movimiento. Tienen energía cinética y chocan con otras partículas. Cada choque cambia su dirección y velocidad. Si hay muchas partículas en un lugar, es más probable que se muevan hacia un lugar donde hay menos, hasta que se distribuyan por igual.
La velocidad a la que una partícula se aleja de su punto de partida depende de la temperatura (que afecta su velocidad) y de la frecuencia con la que choca con otras partículas. En un gas, las partículas están más separadas y chocan menos, por lo que se difunden más rápido que en un líquido.
Tipos de difusión en materiales
En los materiales sólidos, la difusión puede ocurrir de diferentes maneras:
- Difusión sustitucional: Un átomo se mueve de su lugar original para ocupar un "hueco" o vacante cercano. Al hacerlo, deja un nuevo hueco en su lugar. Es como si los átomos y los huecos intercambiaran posiciones.
- Difusión intersticial: Algunos átomos son muy pequeños y pueden moverse entre los espacios que hay entre los átomos más grandes de un material. No necesitan huecos para moverse. Este tipo de difusión suele ser más rápido.
Leyes de Fick: ¿Cómo medimos la difusión?
Las leyes de Fick nos ayudan a entender y medir la difusión.
Primera ley de Fick: La velocidad de difusión
Esta ley nos dice qué tan rápido se mueven las partículas a través de un área. Se llama "flujo" (J). El flujo es la cantidad de partículas que pasan por un área en un tiempo determinado.
| Símbolo | Nombre |
|---|---|
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Flujo (cantidad de partículas que se mueven) |
 |
Difusividad o coeficiente de difusión (qué tan fácil se difunde algo) |
 |
Gradiente de concentración (la diferencia de concentración entre dos puntos) |
El signo negativo en la fórmula significa que las partículas se mueven desde donde hay más concentración hacia donde hay menos.
Segunda ley de Fick: Difusión en el tiempo
Esta ley describe cómo cambia la concentración de las partículas en un lugar con el tiempo, a medida que la difusión ocurre. Es más compleja y se usa para situaciones donde la difusión está cambiando.
Difusión en sistemas biológicos
La difusión es vital para la vida. Por ejemplo, en nuestros pulmones, el oxígeno se difunde desde los alvéolos hacia la sangre, y el dióxido de carbono se difunde de la sangre hacia los alvéolos para ser expulsado.
También hay otros tipos de difusión en biología:
- Difusión simple: Las moléculas pequeñas y sin carga pueden pasar directamente a través de la membrana celular.
- Difusión facilitada: Algunas moléculas necesitan la ayuda de proteínas especiales en la membrana para poder pasar.
Historia de la difusión
La gente ha usado la difusión sin saberlo desde hace mucho tiempo. Por ejemplo, los antiguos romanos ya sabían cómo hacer acero a partir de hierro mezclándolo con carbono, un proceso que implica difusión. También se usaba para dar color a los vidrios y la cerámica.
En la ciencia moderna, el primer estudio importante de la difusión lo hizo Thomas Graham en el siglo XIX. Él observó que los gases se mezclan completamente entre sí, sin importar su peso.
Más tarde, en 1855, Adolf Fick propuso sus famosas leyes de difusión. Se dio cuenta de que la difusión era similar a cómo se transmite el calor o la electricidad.
Robert Brown descubrió en 1827 el "movimiento browniano", que es el movimiento aleatorio de partículas muy pequeñas en un líquido. Más tarde, Albert Einstein explicó que este movimiento es la base de la difusión.
Véase también
- ósmosis
- movimiento browniano
- fenómenos de transporte
