פעפוע

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
דוגמה של פעפוע דרך ממברנה תאית

פעפוע (בלועזית: דיפוּזיה) הוא פיזור של חומר במורד מפל ריכוזים, על פי רוב מריכוז גבוה שלו לריכוז נמוך שלו, על מנת ליצור שוויון ריכוזים, וזאת על פני הנפח העומד לרשות החומר. הפעפוע הוא תנועה עצמית של חלקיקים, תהליך הנגרם בשל תנועתם המתמדת והאקראית של חלקיקי החומר, שנובעת מהאנרגיה הקינטית שיש להם. תוצאת הפעפוע היא ערבוב הדרגתי של החומר.


קצב הפעפוע תלוי בטמפרטורה, כלומר באנרגיה הקינטית של חלקיקי החומר, בצמיגות הזורם שבו מתרחש הפעפוע ובכמות החלקיקים של החומר. חוק הדיפוזיה של פיק מסביר בצורה מתמטית את תופעת הפעפוע. פעפוע מתרחש באופן בולט בגזים ובנוזלים, אולם גם במוצקים מתרחש פעפוע איטי. פעפוע של גזים הוא מהיר יותר מפעפוע של נוזל. פעפוע בנוזלים עשוי לגרום לפיזור של חלקיקים המומסים בנוזל או לחלופין לפעפוע של הנוזל עצמו (תהליך הנקרא אוסמוזה).

הפעפוע מתואר במספר דיסציפלינות בפיזיקה, בכימיה ובביולוגיה. להלן דוגמאות:

אפיון פיזיקלי[עריכת קוד מקור | עריכה]

לפעפוע הסברים פיזיקליים וסטטיסטיים. החוק השני של התרמודינמיקה קובע כי לכל המערכות ביקום נטייה להגדיל את האנטרופיה (כמות האי-סדר) שבהן. נטייה זו נובעת מהתנודות הבלתי-פוסקות של החלקיקים התת-אטומיים המרכיבים את כל החומרים: אלקטרונים, פרוטונים ועוד. נתון זה מכתיב את תופעת הפעפוע: עשן המוזרק אל תוך חדר, למשל, יתפזר במהרה בצורה שווה בכל החדר; חלקיקי העשן, אשר נדים ללא הרף בכל הכיוונים, שואפים לאנטרופיה ולאי-סדר; מבחינה סטטיסטית, הסיכוי כי חלקיקים אלו יתרכזו דווקא במקום אחד בחדר הנו מזערי; לפיכך מתפזר העשן.

לצורך המחשת התופעה, נניח כי קיימים שני חללים אטוּמִים, שביניהם מחיצה נעה. פעפוע נוצר כתוצאה מתנועה הנגרמת עקב אנרגיה קינטית של המולקולות. המולקולות נעות ומתנגשות במחיצות ובינן לבין עצמן. כאשר המחיצה נייחת במקומה המולקולות יוצרות אחידות בצפיפותן בחלל בו הן נמצאות. כאשר מסירים את המחיצה המולקולות המתנגשות מוצאות לעצמן יותר מרחב ולכן המולקולות מתחילות לנדוד מהאזור הצפוף לאזור הצפוף פחות. מכאן שניתן להגדיר את המונח פעפוע כך: "מעבר מולקולות ממקום שבו מספר ההתנגשויות של המולקולות גדול למקום שבו מספר ההתנגשויות של המולקולות קטן".

חשיבות ושימושים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ישנן דוגמאות רבות לפעפוע ולחשיבותו בתעשייה הכימית והחומרים:

  1. פעפוע של מזהם ליצירת מוליכים למחצה - לפעמים נקרא נידוף.
  2. פעפוע במתכות לשימור התכונות המכניות.
  3. איבוד גזים לסביבה מכלי אכסון על ידי פעפוע דרך דפנות הכלי כגון מימן ממכל פלדה.
  4. בתהליכי ספיחה שונים.
  5. פעפוע של חומרים דרך ממברנות מוצקות (למשל: פולימרים).
  6. פעפוע גזים דרך מסנן קרמי מאפשר להפריד בין גזים שונים - הפרדת גזים.

לתהליך הפעפוע חשיבות רבה בתחומי הביולוגיה כמאפשר מעבר חומרים הכרחיים וקיום החיים. לדוגמה החמצן שאנו נושמים אל תוך הריאות עובר בפעפוע מהנאדיות אל כלי הדם ומעשיר אותם בחמצן. פעפוע נוסף קורה בתהליך של נשימה תאית בכל התאים בגוף אשר קולטים חמצן מנימי הדם ובמקביל פולטים פחמן דו-חמצני. פינוי פסולת שונה כגון פחמן דו-חמצני נעשית גם היא באמצעות פעפוע.

תופעות רבות מחיי היום-יום נגרמות בשל פעפוע: התפזרות של עשן בחלל החדר, התפזרות של טיפת צבע במים ותפיחה של פירות וירקות לאחר שהושרו במים.

פעפוע במוצקים[עריכת קוד מקור | עריכה]

בטמפרטורת החדר ייתכן פעפוע של מוצק במוצק אחר אם כי התהליך איטי מאוד.

ביצעו את הניסוי הבא: הכינו שתי תיבות של מתכת, אחת מהן הייתה עשויה מעופרת והשנייה עשויה מזהב. לטשו אותן ככל שיכלו והצמידו אותן אחת לשנייה, לבסוף השאירו את שתי הקופסאות כאשר הן צמודות אחת לשנייה בטמפרטורת החדר וכעבור כעשרים שנה התגלה שהתרחש פעפוע בין שתי הקופסאות ובגבול בין שתיהן נמצאה תערובת של זהב ועופרת בעובי של כ-1 מילימטר.

גורמים לקצב הדיפוזיה[עריכת קוד מקור | עריכה]

ישנם מספר גורמים לקצב הדיפוזיה, להלן הגורמים המרכזיים:

  • שטח המגע - ככל ששטח המגע גדול יותר כך תהליך הדיפוזיה יתרחש באופן מהיר יותר.
  • המרחק שהחלקיקים עוברים - ככל שהמרחק יהיה קצר יותר כך הדיפוזיה תתרחש באופן מהיר יותר.
  • גודל החלקיקים - התהליך יתבצע באופן מהיר יותר ככל שהחלקיקים יהיו קטנים יותר.
  • טמפרטורת סביבה - ככל שטמפרטורת הסביבה גבוהה יותר כך הדיפוזיה מהירה יותר.
  • מפל ריכוזים - ההפרש בין הריכוז בתמיסה אחת לריכוז החומר בתמיסה האחרת, ככל שריכזו קטן יותר כך הדיפוזיה מהירה יותר.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]