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擴散作用是一個基於分子熱運動的輸運現象,是分子通過布朗運動從高濃度區域(或高化勢)向低濃度區域(或低化勢)的運輸的過程。它是趨向於熱平衡態的馳豫過程,是熵驅動的過程。菲克定律是擴散作用的近似描述,實際過程是從高化學勢區域向低化學勢區域的轉移。擴散作用的速率和混合物的濃度梯度一般不太大,因此通常可以用近平衡態熱力學理論進行處理。

擴散作用有多種微觀解釋,較有影響力的是分子動理論的解釋和隨機行走模型的解釋。

科學術語

擴散(diffusion):物質分子從高濃度區域向低濃度區域轉移,直到均勻分布的現象。擴散的速率與物質的濃度梯度成正比。

由於分子(原子等)的熱運動而產生的物質遷移現象.一般可發生在一種或幾種物質於同一物態或不同物態之間,由不同區域之間的濃度差或溫度差所引起,前者居多.一般從濃度較高的區域向較低的區域進行擴散,直到同一物態內各部分各種物質的濃度達到均勻或兩種物態間各種物質的濃度達到平衡為止.顯然,由於分子的熱運動[1],這種「均勻」、「平衡」都屬於「動態平衡」,即在同一時間內,界面兩側交換的粒子數相等,如紅棕色的二氧化氮氣在靜止的空氣中的散播,藍色的硫酸銅溶液與靜止的水相互滲入,鋼製零件表面的滲碳以及使純淨半導體材料成為N型或P型半導體摻雜工藝等等都是擴散現象的具體體現;在電學中半導體PN結的形成過程中,自由電子和空穴的擴散運動是基本依據.擴散速度在氣體中最大,液體中其次,固體中最小,而且濃度差越大、溫度越高、參與的粒子質量越小,擴散速度也越大。

過程

擴散(dispersal),生物個體或其傳布體(如孢子、種子)向其他地域傳布的過程。又稱散布。各種生物都能通過不同的擴散方式擴大棲居範圍和分布區域;擴散還促進生物群落的演替,增加物種的多樣性;大範圍的擴散結合地理隔離是物種分化的重要條件;新的環境意味着不同的自然選擇機制,可改變種群的基因頻率,因此擴散是促進生物進化的重要因素。

現象

生物從一地區傳布至另一地區是常見的自然現象,這種異地間的物種交流,促進了各地生物群落的演替,增加了各地區物種的多樣性。大範圍的擴散結合地理隔離是物種分化的重要條件;對物種來說,新的環境意味着不同的自然選擇機制,它將改變種群的基因頻率[2],因此擴散是促進生物種系進化的重要因素之一。火山爆發毀滅原地生物後,風和洋流會帶來新的生命,各種微生物植物和動物相繼在此定居。先擴散來的是對異常環境耐受力高的先驅物種,繼之是在安定環境裡競爭能力強的物種,它們在前者開拓的基礎上建立起穩定的群落。

視頻

擴散周知,日常防護必須了解的小知識

參考文獻

  1. 物理分子熱運動知識點總結,百分網,2018-4-28
  2. 什麼是種群的基因頻率?,道客巴巴,2015-04-02