Općenito, difuzija jednostavno znači širenje tvari ili kvalitete iz područja s relativno visokom koncentracijom u područje niže koncentracije. Pojam se najčešće koristi za opisivanje procesa kojim molekule različitih tipova postižu jednoliku koncentraciju, nakon što su u početku bile neravnomjerno raspoređene, svojim nasumičnim kretanjem. To se ponekad naziva molekularna difuzija i igra ključnu ulogu u mnogim područjima fizike, kemije i biologije. Usko je povezan s načinom na koji stanice preuzimaju hranjive tvari, pa život ne bi mogao postojati bez njega. Pojam se također može odnositi na širenje topline ili svjetlosti, ili, u kontekstu društvenih znanosti, širenje ideja ili inovacija kroz društvo.
Molekularna difuzija
Molekule su stalno u pokretu, zbog prisutnosti topline; čak i pri ekstremno niskim temperaturama prisutna je određena toplinska energija koja česticama daje toplinsko kretanje. U krutim tvarima, čestice se drže u relativno krutoj strukturi i ne mogu se previše udaljiti od svojih početnih položaja, ali u tekućinama i plinovima mogu se slobodno kretati na manje ograničen način. Ovo kretanje je nasumično, budući da se molekule neprestano odbijaju jedna od druge, tako da nema cjelokupnog uzorka. Ovo nasumično kretanje je ono što omogućuje difuziju. Brzina kojom se fenomen događa raste s temperaturom, kako se povećava brzina kojom se čestice kreću.
Ako se dva različita plina na istoj temperaturi dovedu u dodir jedan s drugim, onda će tijekom vremena nasumičnim gibanjem njihovih molekula uzrokovati njihovo miješanje dok se ne rasporede ravnomjerno, bez utjecaja bilo kojeg vanjskog čimbenika. Sličan fenomen se često može primijetiti s dvije različite tekućine, ali se ponekad, zbog kemijskih čimbenika, tekućine neće miješati. Na primjer, dodavanje biljnog ulja vodi neće rezultirati difuzijom. Kada se krutina otopi u tekućini, njezine molekule će difundirati kroz tekućinu.
U tekućinama koje se miješaju, difuzija se može uočiti ako su tekućine različitih boja. Ovu pojavu, međutim, ne treba miješati s konvekcijom ili advekcijom, što uključuje masovno kretanje tekućina strujama koje zahtijevaju izvor energije. Difuzija je jedan oblik onoga što znanstvenici nazivaju pasivnim transportom, što znači kretanje koje se događa bez potrebe za dodatnom energijom. U često citiranom primjeru kapljice obojene boje koja se dodaje u čašu vode, veći dio miješanja do kojeg dolazi zapravo je posljedica struja koje su nastale početnim kretanjem kapi boje pod gravitacijom. U pokusima koji eliminiraju ovaj i slične učinke, može se uočiti prava difuzija; na primjer, može se vidjeti kako obojena voda difundira kroz gel, ali to je mnogo sporiji proces.
Važnost za život
Difuzija također igra ulogu u procesima koji su uključeni u život stanice, posebice u transportu hranjivih tvari, aminokiselina i drugih esencijalnih tvari s jednog mjesta na drugo. Osmoza, proces kojim se molekule transportiraju kroz stijenke i membrane pojedinih biljnih i životinjskih stanica, oblik je difuzije. Stanična stijenka je selektivno propusna membrana, ili ona kroz koju određene molekule mogu proći, ali druge ne mogu. Ako se na jednoj strani membrane nalazi otopina visoke koncentracije, dok je s druge strane ista otopina u nižoj koncentraciji, otapalo će težiti da se pomakne u područje veće koncentracije sve dok dvije otopine ne postignu ravnotežu . To se može dogoditi samo ako su molekule otopljene tvari – otopljene tvari – veće od molekula otapala. Manje molekule otapala mogu proći kroz membranu, dok su veće prevelike za to i moraju ostati s druge strane.
Drugi oblici difuzije
Difuzija također može značiti širenje topline kroz krutu tvar, iako se to obično naziva vođenjem, i širenje svjetlosti kroz prozirnu tvar – na primjer matirano staklo u žarulji koja se koristi za pružanje “difuznog” svjetla koje je više ugodan za oko. Izvan konteksta fizike, pojam se može koristiti za opisivanje širenja ideje ili inovativne tehnologije kroz populaciju kroz kontakt među ljudima, usklađenost unutar grupe ili kroz promatranje koristi koje se donose drugima.