拡散と浸透はどちらも受動輸送プロセスであり、エネルギー入力を必要としません。物質を移動します。両方のプロセスは、細胞間の水や栄養素の輸送などの生物学的プロセスが適切に機能するために不可欠です。
2つの主な違いは、2つの混合物でも拡散が発生する可能性があることです。溶液は半透過性膜によって分離されませんが、浸透は半透過性膜全体でのみ発生します。
実際には3種類の受動輸送プロセスがあります。拡散と浸透の他に、促進された拡散。拡散と浸透は物質を輸送するときにタンパク質を含みませんが、促進された拡散にはタンパク質の支援が必要です。
拡散とは何ですか？
拡散とは、分子が高濃度の領域から次の領域への分子の受動的な移動です。低濃度。細胞内では、拡散とは細胞膜を通過する小分子の輸送です。
分子は常に動いています。人々が日常生活で一般的に参照する物理的品質である温度は、分子運動に直接関係しています。これは、材料内の分子の平均運動エネルギーの尺度です。分子のエネルギーがランダムな動きを引き起こし、それが拡散を引き起こします。分子間の衝突は一般的です。大気圧の空気中でも、分子は数ナノ秒ごとに隣接する分子と衝突します。
地球全体で、大気中の空気は同じ組成であり、窒素（78％）、酸素（約21％）、アルゴン（ほぼ1）で構成されています。 ％）、および微量に存在するCO2などの他のガス（ただし、加速速度で地球を暖めるのに十分です）。
拡散は、酸素などの化学種を再分配することにより、空気組成を均一にします。空気、平衡に達するまで、言い換えれば、濃度勾配（2つの領域間の濃度の差）がなくなるまで。種の濃度が最初は均一でない場合、時間の経過とともに拡散すると物質移動が起こり、より均一な濃度になります。
平衡状態になると、運動エネルギーが同じであるため、分子の動きは止まりません。 。現在、化学種は両方向に均等に移動しています。
拡散に影響を与える要因は次のとおりです。
- 濃度勾配;
- 温度;
- 距離粒子は移動する必要があります。
実際の拡散の例をいくつか見てみましょう。部屋に香水をスプレーすると、しばらくの間はいい匂いがしますが、時間の経過とともに拡散すると、人間の鼻にその濃度が気付かなくなるまで匂い分子が分布します。溶媒全体（水）の色を変える水に着色料を落とすことは、拡散のもう1つの優れた例です
拡散は、広く普及している重要なプロセスです。非生物システムと生物システムの両方。細胞に出入りするには、水や栄養素などの物質が半透膜を通過する必要があります。拡散は、これを可能にするプロセスの1つです。半透膜または選択透過膜は、一部の物質が容易に通過できる一方で、他の物質は非常にゆっくりと通過するか、まったく通過しない膜です。
拡散はさまざまな条件下で発生するため、科学者はいくつかのタイプを分類します。拡散。
- 単純拡散は最も一般的な種類の拡散であり、物質はタンパク質の助けを借りずに輸送されます。
- 促進拡散では、輸送タンパク質が細胞全体に物質を拡散する必要があります。膜。
- 透析は、選択的に透過性の膜を横切る溶質の拡散です。
- 浸透は通常、選択的に横切るすべての生体系で選択される溶媒である水の拡散として定義されます。透過膜。
浸透とは
拡散の一種である浸透は、水分濃度の高い領域からある領域への、部分的に透過性の膜を横切る水の移動を表します。
浸透はすべての細胞で起こります。たとえば、赤血球を水中に置くと、赤血球は水を膜に忍び込ませます。砂糖の濃縮溶液に入れると、水が浸透によって水分濃度の低い領域に向かって移動するため、赤血球は実際に収縮します。これが、顕微鏡で見たときに細胞がしわになっているように見える理由です。幸いなことに、これは体内では決して起こりません。なぜなら、腎臓は血液の濃度が赤血球内の溶液の濃度とほぼ同じに保たれるようにするからです。
赤血球とは異なり、植物細胞には細胞膜の外側にあるはるかに強く、より硬い細胞壁。これにより、植物細胞は破裂することなく浸透によってより多くの水を吸収することができます。浸透がなければ、植物は土壌から水を吸収することができません。より多くの水が吸収されると、圧力によって細胞自体が硬くなります。植物には骨格がないため、これは非常に便利です。植物細胞が浸透によって水分を失いすぎると、剛性が低下し、最終的には細胞膜が収縮して細胞壁から離れます。
浸透圧を使用して膜の両側の濃度を均一化すると、浸透圧と呼ばれる力が作用します。たとえば、水分子のみを通過させる半透膜で分離されたタンク内の2つのコンパートメントを想像してみてください。一方のコンパートメントは塩溶液で満たされ、もう一方の隣接するコンパートメントは純水溶液です。平衡に達することができる唯一の方法は、純水コンパートメントから塩水コンパートメントに水を輸送することです。そうすることで、浸透は、2つのコンパートメント間のレベルの違いによって引き起こされる十分な圧力がプロセスを停止するまで、塩水コンパートメント内の液体のレベルを上げます。この平衡に達するのに必要な圧力は浸透圧と呼ばれます。
逆浸透のようなものもあります。これは文字通り浸透の逆プロセスであり、溶媒が高濃度からろ過されて低濃度溶液。言い換えると、両方の溶液で溶媒と溶質のバランスを均等にする代わりに、逆浸透によって溶質が溶媒から分離されます。
逆浸透は、海水淡水化（海水から塩を除去する）などのアプリケーションに非常に便利です。 。現在、世界中に13,000を超える淡水化プラントがあります。逆浸透では、溶媒フィルターを高濃度から低濃度の溶液にすることで（文字通り）プロセスを逆にしているため、両方の溶液で溶媒と溶質のバランスを均等にする代わりに、溶質を分離しています溶媒から。