拡散と濃度勾配(分子の動き)
膜の小さな穴を通って分子が行き来し、こい側からうすい側へ「正味」で移動して、左右の濃度がやがて均一になる様子を観察します。
160 個
30 ℃
4 個
左室の濃度 C_左
—
右室の濃度 C_右
—
濃度差 ΔC(勾配の元)
—
均一度(左右のそろい)
—
分子の箱(中央の膜とオレンジの穴を通って行き来)
左右の濃度の時間変化(2本が出会う=均一化)
分子は止まっていません。温度に応じてランダムに動き回り(熱運動)、たまたま膜の穴に当たると反対側へすり抜けます。
こい左室には穴の近くに分子がたくさんいるので、右へ抜ける分子の方が多くなります。逆向きにも通りますが数が少ないため、正味(ネット)の移動はこい側→うすい側。これが濃度勾配 ΔC にそった拡散です。
左右がそろうと、両向きの通過数がつり合って正味ゼロ=均一化(動的平衡)に達します。フィックの法則
こい左室には穴の近くに分子がたくさんいるので、右へ抜ける分子の方が多くなります。逆向きにも通りますが数が少ないため、正味(ネット)の移動はこい側→うすい側。これが濃度勾配 ΔC にそった拡散です。
左右がそろうと、両向きの通過数がつり合って正味ゼロ=均一化(動的平衡)に達します。フィックの法則
J = −D·(ΔC/Δx) のとおり、流れ J は濃度差 ΔC に比例し、温度が高いほど拡散係数 D が大きく速くなります。
いま何が起きている?
ここがポイント
- 動くのは1分子1分子 ── どの分子も両向きにランダムに動く。「こい側→うすい側」は集団でならした正味の結果。
- J ∝ ΔC ── 濃度差(勾配)が大きいほど正味の流れは速い。差がゼロになると正味ゼロで止まる。
- 温度で速さが変わる ── 温度が高いほど分子が激しく動き、拡散係数 D が大きく、均一化が速い。
- 均一化はゴールで安定 ── そろった後も分子は通り続けるが両向きがつり合う(動的平衡)。誰も混ぜていないのに自然に進む。