In termini generali, per diffusione si intende semplicemente la diffusione di una sostanza o qualità da un’area a concentrazione relativamente elevata a un’area a concentrazione inferiore. Il termine è più comunemente usato per descrivere il processo mediante il quale molecole di diverso tipo raggiungono una concentrazione uniforme, dopo essere state inizialmente distribuite in modo non uniforme, attraverso i loro movimenti casuali. Questa è talvolta chiamata diffusione molecolare e svolge un ruolo chiave in molte aree della fisica, della chimica e della biologia. È strettamente correlato al modo in cui le cellule assorbono i nutrienti, quindi la vita non potrebbe esistere senza di essa. Il termine può anche riferirsi alla diffusione del calore o della luce o, nel contesto delle scienze sociali, alla diffusione di idee o innovazioni attraverso la società.
Diffusione molecolare
Le molecole sono in continuo movimento, per la presenza di calore; anche a temperature estremamente basse, è presente una certa energia termica, che dà movimento termico alle particelle. Nei solidi le particelle sono trattenute in una struttura relativamente rigida e non possono allontanarsi troppo dalle loro posizioni di partenza, ma nei liquidi e nei gas sono libere di muoversi in modo meno ristretto. Questo movimento è casuale, poiché le molecole rimbalzano costantemente l’una sull’altra, così che non esiste uno schema generale. Questo movimento casuale è ciò che consente la diffusione. La velocità con cui si verifica il fenomeno aumenta con la temperatura, all’aumentare della velocità con cui si muovono le particelle.
Se due gas diversi alla stessa temperatura vengono messi in contatto l’uno con l’altro allora, nel tempo, il moto casuale delle loro molecole le farà mescolare fino a distribuirsi uniformemente, senza l’influenza di alcun fattore esterno. Un fenomeno simile può essere osservato spesso con due liquidi diversi, ma a volte, a causa di fattori chimici, i liquidi non si mescolano. Ad esempio, l’aggiunta di olio vegetale all’acqua non provocherà la diffusione. Quando un solido viene sciolto in un liquido, le sue molecole si diffondono in tutto il liquido.
Nei liquidi che si mescolano, la diffusione può essere osservabile se i liquidi sono di colori diversi. Questo fenomeno non deve, tuttavia, essere confuso con la convezione o l’avvezione, che comportano il movimento di massa di fluidi da parte di correnti che richiedono una fonte di energia. La diffusione è una forma di ciò che gli scienziati chiamano trasporto passivo, ovvero movimento che si verifica senza che sia necessaria alcuna energia aggiuntiva. Nell’esempio spesso citato di una goccia di colorante che viene aggiunta a un bicchiere d’acqua, gran parte della miscelazione che si verifica è in realtà dovuta alle correnti create dal movimento iniziale della goccia di colorante per gravità. Negli esperimenti che eliminano questo, e simili, effetti, si può osservare una vera diffusione; per esempio, si può vedere l’acqua colorata diffondersi attraverso un gel, ma questo è un processo molto più lento.
Importanza per la vita
La diffusione svolge anche un ruolo nei processi coinvolti nella vita di una cellula, in particolare nel trasporto di nutrienti, amminoacidi e altre sostanze essenziali da un luogo all’altro. L’osmosi, il processo mediante il quale le molecole vengono trasportate attraverso le pareti e le membrane delle singole cellule vegetali e animali, è una forma di diffusione. Una parete cellulare è una membrana selettivamente permeabile, o attraverso la quale possono passare determinate molecole, ma altre no. Se da un lato di una membrana è presente una soluzione ad alta concentrazione, mentre dall’altro lato è la stessa soluzione a concentrazione minore, il solvente tenderà a spostarsi nella zona di maggiore concentrazione fino a quando le due soluzioni non raggiungono l’equilibrio . Ciò può verificarsi solo se le molecole del soluto – la sostanza disciolta – sono più grandi di quelle del solvente. Le molecole di solvente più piccole possono passare attraverso la membrana, mentre quelle più grandi sono troppo grandi per farlo e devono rimanere dall’altra parte.
Altre forme di diffusione
La diffusione può anche significare la diffusione del calore attraverso un solido, sebbene questo sia generalmente indicato come conduzione, e la diffusione della luce attraverso una sostanza traslucida, ad esempio il vetro smerigliato in una lampadina utilizzata per fornire una luce “diffusa” che è più piacevole alla vista. Al di fuori del contesto della fisica, il termine può essere usato per descrivere la diffusione di un’idea o di una tecnologia innovativa attraverso una popolazione attraverso il contatto tra le persone, il conformismo all’interno di un gruppo o attraverso l’osservazione dei benefici apportati agli altri.