פעפוע להשוואת ריכוזים הוא אחד התהליכים הפשוטים בטבע – ובין החשובים שבהם
דיפוזיה היא התופעה שבה חלקיקי חומר כמו מולקולות ואטומים נעים מאזור שהריכוז שלהם בו גבוה לאזורים עם ריכוז נמוך יותר. בעברית קוראים לזה פעפוע.
לפני שנבין קצת יותר לעומק את הדיפוזיה, לפעמים תמונה אחת שווה אלף מילים. למטה תוכלו לראות איך צבען (פיגמנט) סגול מפעפע בצנצנת מים. בהתחלה כל המולקולות הסגולות מרוכזות בטיפה אחת קטנה ואילו הריכוז שלהן בשאר הכוס אפסי. הן מתפשטות בהדרגה בכל נפח הנוזל, עד שבסופו של דבר הנוזל כולו סגול וריכוז מולקולות הצבע שווה בכל התמיסה.
כך נראית דיפוזיה: התפשטות של צבען סגול בתוך כוס מים | מקור: BruceBlaus, ויקיפדיה
הבסיס לפעפוע הוא התנועה האקראית והספונטנית של מולקולות הצבען הסגול, שנקראת תנועה בראונית. התנועה היא תמידית ואקראית, כך שהמולקולות נעות לכל הכיוונים ומתנגשות במולקולות אחרות ובדפנות הכוס. כך מולקולות המים ומולקולות הפיגמנט הסגול מתערבבות בהדרגה. אם יינתן להן די זמן, הערבוב יהיה מושלם ומולקולות הצבען יפוזרו באופן שווה בכל נפח הכוס.
לפי חוק פיק (Fick), שניסח הרופא הגרמני אדולף פיק ב-1855, ככל שהפרש הריכוזים בין אזור אחד לשני גדול יותר, יותר חלקיקים ינועו מהאזור עם הריכוז הגבוה לאזור עם הריכוז הנמוך. נוסף על הפרש הריכוזים, קצב הדיפוזיה מושפע גם מגורמים נוספים כמו טמפרטורת הכלי, המרחק בין המולקולות וגודלן.
קל לנו לדמיין דיפוזיה במצב צבירה גזי או נוזלי, משום שאנחנו רגילים לראות עשן מתפזר באוויר הפתוח או שקיק תה שצובע את המים בכתום. אבל פעפוע קיים גם בחומרים מוצקים. התהליך הזה אומנם איטי בהרבה מזה שאנו רואים בנוזלים ובגזים, אבל לאורך זמן הוא יכול להיות משמעותי מאוד ולשנות את תכונות המוצק. כך קורה למשל בהכנת סוגים מסוימים של פלדה.
אף שמדובר לכאורה בתהליך פשוט ולא משמעותי, הטבע משתמש בלי הרף בהשוואת ריכוזים בפעפוע כדי להזין תאים בחמצן וסוכרים ולפנות מהם פסולת. אפילו המולקולה שמעניקה לתא אנרגיה, מולקולת ה-ATP, מיוצרת במיטוכונדריה בשיטה שמנצלת את חוקי הדיפוזיה.
מהי דיפוזיה? צפו בסרטון המסביר את התופעה (עם כתוביות בעברית):