การแพร่ของสาร เกิดขึ้นได้อย่างไร มีกระบวนการเกิดอย่างไรบ้าง

การแพร่ของสาร (Diffusion)

วิทยาศาสตร์น่ารู้ เรื่อง การแพร่ของสาร (Diffusion)

การแพร่ของสาร (Diffusion) คือการเคลื่อนที่ของโมเลกุลหรือการกระจายตัวของอนุภาคภายในสสาร จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ โดยอาศัยพลังงานจลน์ (Kinetic Energy) ของโมเลกุลหรือไอออนของสาร ให้เกิดการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ เพื่อสร้างสมดุลให้ทั้งสองบริเวณมีความเข้มข้นของสารเท่ากันหรือที่เรียกว่า “สมดุลของการแพร่(Diffusion Equilibrium) โดยการแพร่นั้นเกิดขึ้นได้ในทุกสถานะของสสาร ทั้งของแข็ง ของเหลว และก๊าซ

ในชีวิตประจำวันของเรามีตัวอย่างของกระบวน การแพร่ของสาร เกิดขึ้นมากมาย เช่น การเติมน้ำตาลลงในกาแฟ การแพร่กระจายของกลิ่นน้ำหอม การฉีดพ่นยากันยุง การแช่อิ่มผลไม้ หรือแม้แต่การจุดธูปบูชาพระ เป็นต้น

การแพร่ของสาร

 ประเภทของการแพร่

1. การแพร่ธรรมดา (Simple Diffusion) คือการเคลื่อนที่ของสาร โดยไม่อาศัยตัวพาหรือตัวช่วยขนส่ง (Carrier) ใดๆ เช่น การแพร่ของผงด่างทับทิมในน้ำ จนทำให้น้ำมีสีม่วงแดงทั่วทั้งภาชนะ การได้กลิ่นผงแป้ง หรือการได้กลิ่นน้ำหอม เป็นต้น

การแพร่ของสาร

2.การแพร่โดยอาศัยตัวพา (Facilitated Diffusion) ซึ่งเกิดขึ้นเฉพาะในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเท่านั้น คือการเคลื่อนที่ของสารบางชนิดที่ไม่สามารถแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้โดยตรง จึงต้องอาศัยโปรตีนตัวพา (Protein Carrier) ที่ฝังอยู่บริเวณเยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่รับส่งโมเลกุลของสารเข้า-ออก โดยมีทิศทางการเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ เช่น การลำเลียงสารที่เซลล์ตับและเซลล์บุผิวลำไส้เล็ก หรือการเคลื่อนที่ของน้ำตาลกลูโคสเข้าสู่เซลล์กล้ามเนื้อ เป็นต้น

 ปัจจัยที่มีผลต่อการแพร่

  1. สถานะของสาร: สารที่มีสถานะเป็นก๊าซจะมีอนุภาคเป็นอิสระมากกว่า ส่งผลให้เกิดการแพร่ได้รวดเร็วยิ่งกว่าสารในสถานะของเหลวและของแข็ง
  2. สถานะของตัวกลาง: ตัวกลางที่มีความหนืดสูงหรือมีอนุภาคอื่นเจือปน มักทำให้กระบวนการแพร่เกิดขึ้นได้ช้า ดังนั้น ตัวกลางที่มีสถานะเป็นก๊าซจึงมักมีแรงต้านทานต่ำที่สุด ส่งผลให้มีอัตราการแพร่สูงสุด
  3. ขนาดอนุภาค: สารที่มีขนาดของอนุภาคเล็กมักเคลื่อนที่ได้ดี ส่งผลให้อัตราการแพร่เกิดขึ้นได้ง่ายและรวดเร็ว
  4. อุณหภูมิ: ในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง อนุภาคของสารสามารถเคลื่อนที่ได้รวดเร็วขึ้น จากการได้รับพลังงานจลน์ที่สูงขึ้น
  5. ความดัน: ความดันสูงส่งผลให้สารมีอัตราการแพร่เพิ่มสูงขึ้น
  6. ความเข้มข้นของสาร: บริเวณที่มีความเข้มข้นของสารแตกต่างกันมาก การแพร่มักจะเกิดขึ้นได้ดี
  7. ความสามารถในการละลายของสาร: สารที่สามารถละลายได้ดีจะส่งผลให้กระบวนการแพร่เกิดขึ้นได้รวดเร็วยิ่งขึ้น

 การแพร่ของสารผ่านเยื่อเลือกผ่านภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

  1. ไดแอลิซิส (Dialysis) คือการแพร่ของตัวละลาย (Solute) ผ่านเยื่อเลือกผ่าน (Semipermeable Membrane) หรือเยื่อกั้นบางๆ เช่น เยื่อหุ้มเซลล์ จากบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารต่ำ
  2. ออสโมซิส (Osmosis) คือการเคลื่อนที่ของตัวทำละลาย (Solvent) หรือน้ำผ่านเยื่อเลือกผ่านที่มีคุณสมบัติในการยอมให้สารบางชนิดผ่านได้เท่านั้น กระบวนการออสโมซิสจะมีทิศทางการเคลื่อนที่จากบริเวณที่สารละลายมีความเข้มข้นต่ำไปยังบริเวณที่สารละลายมีความเข้มข้นสูง โดยมีแรงดันที่เกิดจากกระบวนการดังกล่าวเรียกว่า “ความดันออสโมซิส” (Osmotic Pressure) ซึ่งขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลาย หากสารละลายมีความเข้มข้นสูง จะส่งผลให้เกิดความดันออสโมซิสที่สูงขึ้นตามไปด้วย ขณะที่ภายในเซลล์จะเกิด “ความดันเต่ง” (Turgor Pressure) ขึ้นจากการเคลื่อนที่หรือการออสโมซิสเข้ามาของน้ำ ซึ่งเมื่อความดันเต่งถึงจุดสูงสุด กระบวนการออสโมซิสจะถูกหยุดยั้งลง เนื่องจากเซลล์ไม่สามารถรับสสารหรือน้ำเข้ามาเพิ่มได้อีกแล้ว กระบวนการออสโมซิสที่สามารถพบเห็นได้ในชีวิตประจำวัน เช่น การแช่ผักในน้ำ และการดูดน้ำเข้าสู่รากพืช เป็นต้น
ออสโมซิส, การแพร่ของสาร
กระบวนการออสโมซิสในรากพืช

 ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการออสโมซิส

  • ความเข้มข้นของสาร: เมื่อความเข้มข้นของสารแตกต่างกันมาก กระบวนการออสโมซิสจะเกิดขึ้นได้ดี
  • อุณหภูมิ: เมื่อบริเวณดังกล่าวมีอุณหภูมิสูง กระบวนการออสโมซิสจะเกิดขึ้นได้ดี
  • ขนาดของอนุภาค: อนุภาคที่มีขนาดเล็กส่งผลให้เกิดกระบวนการออสโมซิสได้ดี
  • สมบัติของเยื่อกั้น: คุณสมบัติในการยอมให้สารเคลื่อนที่ผ่านของเนื้อเยื่อภายในเซลล์

 ประเภทของสารละลายจำแนกตามความดันออสโมซิส

สารละลายที่มีความเข้มข้นต่างกันส่งผลต่อเซลล์แตกต่างกันออกไป ดังนั้น สารละลายที่อยู่นอกเซลล์สามารถจำแนกออกเป็น 3 ประเภท ตามการเปลี่ยนแปลงของขนาดเซลล์ เมื่ออยู่ภายในสารละลายนั้นๆ

  • สารละลายไฮโพทอนิก (Hypotonic Solution) คือสภาพของสารละลายภายนอกเซลล์ ซึ่งมีความเข้มข้นต่ำกว่าสารละลายภายในเซลล์ ทำให้น้ำที่อยู่ภายนอกเซลล์เกิดการเคลื่อนที่หรือออสโมซิสเข้ามาภายในเซลล์ ส่งผลให้เซลล์เต่งและแตกได้ โดยปรากฏการณ์นี้มีชื่อเรียกว่า “พลาสมอพไทซิส” (Plasmoptysis)
  • สารละลายไฮเพอร์ทอนิก (Hypertonic Solution) คือสภาพของสารละลายภายนอกเซลล์ ซึ่งมีความเข้มข้นสูงกว่าสารละลายภายในเซลล์ ทำให้น้ำภายในเซลล์เกิดการเคลื่อนที่หรือออสโมซิสออกจากเซลล์ ส่งผลให้เซลล์มีขนาดเล็กลงหรือมีสภาพเหี่ยวลง โดยปรากฏการณ์นี้มีชื่อเรียกว่า “พลาสโมไลซิส (Plasmolysis)
  • สารละลายไอโซทอนิก (Isotonic Solution) คือสภาพของสารละลายภายนอกเซลล์ ซึ่งมีความเข้มข้นเท่ากับสารละลายภายในเซลล์ ทำให้การออสโมซิสของน้ำระหว่างภายในกับภายนอกเซลล์ไม่เกิดความแตกต่าง ส่งผลให้รูปร่างของเซลล์ไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆ

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


อ้างอิง

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) – https://www.scimath.org/lesson-biology/item/6976-membrane-transport

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) – https://www.scimath.org/lesson-biology/item/7450-2017-08-11-07-37-33

ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ – https://www.nectec.or.th/schoolnet/library/create-web/10000/science/10000-8154.html

BBC – https://www.bbc.co.uk/bitesize/topics/z9r4jxs/articles/znqbcj6


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ: ความเป็นกรดและเบสของสารละลาย

เรื่องแนะนำ

ไขความลับเบื้องหลังปีกอันทรงพลังของเทอโรซอร์

ไขความลับเบื้องหลังปีกอันทรงพลังของ เทอโรซอร์ เทอโรซอร์ ประสบความสำเร็จในการบินแบบกระพือปีกหลายสิบล้านปีก่อนนกหรือค้างคาวเสียอีก สัตว์เลื้อยคลานมีปีกเหล่านี้เป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังพวกแรกๆ และเป็นสัตว์ขนาดใหญ่สุดที่เคยบิน เนื่องจากพวกมันมีรยางค์ที่แข็งแรงสำหรับการบินขึ้น มีโครงกระดูกที่เบามากและปีกที่ผ่านการปรับเปลี่ยนผ่านวิวัฒนาการมาโดยเฉพาะ ลองชมอินโฟกราฟฟิกที่จัดทำขึ้นนี้ ด้วยกระดูกที่วิวัฒนาการมาเป็นพิเศษตลอดจนถุงลม กล้ามเนื้อและเส้นใย คุณผู้อ่านจะเข้าใจได้ว่าเหตุใดมันจึงกลายมาเป็นราชาผู้ครองท้องฟ้าในโลกยุคโบราณ สามารถชมภาพแบบขยายขนาดได้ ที่นี่   อ่านเพิ่มเติม : ไดโนเสาร์มีขนพันธุ์ใหม่ มีสี่ปีกแต่บินไม่ได้, เทอโรซอร์ยักษ์ใหญ่ครองเวหา

วิวัฒนาการของมนุษย์ (Human Evolution)

วิวัฒนาการของมนุษย์ และสิ่งมีชีวิตนั้น เป็นผลมาจาก “การคัดเลือกโดยธรรมชาติ” วิวัฒนาการของมนุษย์ และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ คือ กระบวนการการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมและการพัฒนาของสิ่งมีชีวิต โดยถ่ายทอดลักษณะการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นไปยังสิ่งมีชีวิตรุ่นต่อไป เพื่อให้เกิดการปรับตัวและเพิ่มโอกาสการมีชีวิตรอดในสภาพแวดล้อมที่แตกต่าง ในปี 1859 ชาร์ลส์ ดาร์วิน (Charles Darwin) นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษ กล่าวถึงหลักการของวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตว่า วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตนั้น เป็นผลมาจาก “การคัดเลือกโดยธรรมชาติ” (Natural Selection) ทำให้เกิดการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตในสภาพแวดล้อมต่างๆ เพื่อเพิ่มโอกาสของการอยู่รอด โดยจะเกิดการถ่ายทอดลักษณะพิเศษจากการปรับตัวที่เกิดขึ้น ส่งผ่านไปยังสิ่งมีชีวิตในรุ่นต่อไป เช่น สี ขนาด รูปร่าง การสืบพันธุ์ หรือคุณสมบัติอื่นๆ 12 ทฤษฎี เราวิวัฒนาการมาเป็นมนุษย์ได้อย่างไร? วิวัฒนาการเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป ซึ่งอาจใช้เวลาหลายแสนจนถึงหลายล้านปี เพื่อสร้างสิ่งมีชีวิตสายพันธุ์ใหม่ (Species) ในขณะที่สิ่งมีชีวิตที่ไม่ได้ปรับตัวให้เหมาะสมต่อสภาพแวดล้อม อาจมีจำนวนประชากรลดลง หรืออาจถึงขั้นสูญพันธุ์จากโลกไปในท้ายที่สุด เปรียบเสมือนการต่อสู้กับทั้งธรรมชาติและตนเอง เพื่อความอยู่รอด (Survival of the Fittest) วิวัฒนาการของมนุษย์  ต้นกำเนิดของตระกูลมนุษย์ หรือที่เรียกว่า “โฮมินิดส์” (Hominids) แยกตัวออกจากกลุ่มสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจำพวกลิงใหญ่หรือลิงไม่มีหาง […]

ความลี้ลับของไวรัส

ลองวาดภาพโลกที่ไร้ ไวรัส กันเถอะ เราโบกไม้กายสิทธิ์ แล้ว ไวรัส ทั้งหมดก็หายไป ไวรัสโรคพิษสุนัขบ้า ไวรัสโปลิโอ ไวรัสมฤตยู อีโบลา ไวรัสโรคหัด ไวรัสโรคคางทูม ไวรัสไข้หวัดใหญ่สารพัด พลันหายวับ ความทุกข์ทนและ การเสียชีวิตของมนุษย์ลดลงอย่างมหาศาล ไม่มีไวรัสเอชไอวี และหายนะจากโรคเอดส์ไม่เคยเกิดขึ้น ไม่มีใครต้องทุกข์ทรมานจากโรคอีสุกอีใส ตับอักเสบ งูสวัด หรือแม้แต่ไข้หวัดธรรมดาอีกต่อไป ไวรัสโรคซาร์สที่เคยระบาดเมื่อปี 2003 และสร้างความตื่นตระหนกอันเป็นสัญญาณแรกของยุคการระบาดใหญ่ทั่วโลกในสมัยใหม่ก็หายไป และแน่นอน ไวรัส ร้ายกาจอย่างซาร์ส-โควี-2 บ่อเกิดของโรค โควิด-19 กับผลกระทบที่แสนอันตราย แพร่กระจายง่าย และแปรปรวนชวนปวดหัวของมัน ก็หายไปด้วย ฟังแล้วรู้สึกโล่งใจขึ้นใช่ไหม อย่าเลย ฉากทัศน์นี้คลุมเครือกว่าที่เราคิด ความจริงก็คือ เราอยู่ในโลกของไวรัส ไวรัสที่มีมากมาย เกินคณานับ และหลากหลายเกินประมาณ ลำพังในมหาสมุทรก็อาจมีอนุภาคไวรัสมากกว่าดวงดาว ในเอกภพที่เรามองเห็นแล้ว สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอาจมีไวรัสที่ต่างกันอย่างน้อย 320,000 ชนิดอยู่ในตัว พ้นจากตัวเลขมหาศาลก็คือผลกระทบอันมโหฬาร ไวรัสหลายชนิดเหล่านั้นมีข้อดี ไม่ใช่ข้อเสีย ที่ปรับใช้ได้กับสิ่งมีชีวิตบนโลก รวมทั้งมนุษย์ด้วย เราใช้ชีวิตต่อไปโดยไม่มีไวรัสไม่ได้ บรรพบุรุษของเราไม่มีทางโผล่พ้นโคลนตมได้ถ้าไม่มีไวรัส […]

องค์ประกอบหลักของโลก : แผ่นดิน ผืนน้ำ และบรรยากาศ

องค์ประกอบหลักของโลก ต่างสัมพันธ์กันตั้งแต่พื้นดินไปจนถึงชั้นบรรยากาศ ต่างหลอมหลวมและมีปฏิสัมพันธ์กันก่อให้เกิดความมีชีวิต โลกเปรียบเสมือนระบบขนาดใหญ่ (Earth as a System) ที่ความสัมพันธ์และความเชื่อมโยงกันขององค์ประกอบต่างๆ ส่งผลให้ดาวเคราะห์สีน้ำเงินดวงนี้มีคุณสมบัติและเอกลักษณ์เฉพาะตัว ทั้งความหลากหลายและการก่อเกิดของชีวิต โลกเป็นดาวเคราะห์ที่เกิดการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา (Dynamic Planet) และ องค์ประกอบหลักของโลก มีทั้งหมดหลัก 4 ส่วน คือ ธรณีภาค (Geosphere) คือส่วนที่เป็นแผ่นดินทั้งหมด รวมไปถึงหิน ดิน และแร่ธาตุ จากเปลือกโลกไปจนถึงแก่นดวงดาว ธรณีภาค คือส่วนที่ก่อให้เกิดลักษณะภูมิประเทศต่างๆ เช่น ภูเขาสูง ที่ราบ และหน้าผาสูงชัน รวมไปถึงการกำเนิดและพังทลายของหินชนิดต่างๆ ที่ทำให้เกิดการหมุนเวียนของแร่ธาตุ เกิดวัฏจักรหิน (Rock cycle) สร้างองค์ประกอบของดินที่ส่งผลต่อทรัพยากรธรรมชาติและสภาวะแวดล้อม สร้างถิ่นที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิต โลกมีหินทั้งหมด 3 ประเภท ได้แก่ 1) หินอัคนี (Igneous rocks) คือ หินที่เกิดจากการแข็งตัวของหินหนืด (Magma) จากชั้นเนื้อโลกที่เย็นตัวลงและเกิดการตกผลึก ทั้งบนผิวโลกและใต้พื้นโลก เช่น หินแกรนิต […]