การแพร่ของสาร เกิดขึ้นได้อย่างไร และสามารถจำแนกได้อย่างไรบ้าง

การแพร่ของสาร (Diffusion)

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

ในชีวิตประจำวันของเรามีตัวอย่างของกระบวนการแพร่เกิดขึ้นมากมาย 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

การแพร่ของสาร

  • 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

ฟอสซิลไข่เทอโรซอร์หลายร้อยใบถูกพบในจีน

ฟอสซิลไข่เทอโรซอร์ หลายร้อยใบถูกพบในจีน เป็นครั้งแรกของโลกที่นักบรรพชีวินวิทยาซึ่งกำลังลงพื้นที่ทางตะวันตกเฉียงเหนือของจีนค้นพบ ฟอสซิลไข่เทอโรซอร์ โบราณนับร้อยใบ เจ้าของไข่เหล่านี้คือเทอโรซอร์ สัตว์เลื้อยคลานบินได้ที่มีชีวิตอยู่ในยุคไดโนเสาร์ และภายในไข่บางใบมีฟอสซิลของตัวอ่อนเทอโรซอร์ที่สมบูรณ์แบบที่สุด เท่าที่เคยมีการค้นพบมา แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะศึกษาเทอโรซอร์มานานมากกว่า 2 ศตวรรษ แต่ไม่เคยมีรายงานการพบไข่มาก่อน จนกระทั่งในต้นศตวรรษที่ 20 มีการพบฟอสซิลของไข่บ้างประปรายเฉลี่ยน้อยกว่าหนึ่งโหลต่อปี ต้องขอบคุณบรรดานักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิจัยบรรพชีวินวิทยาในจีนสำหรับการค้นพบในครั้งล่าสุดนี้ ที่ค้นพบฟอสซิลไข่จำนวน 215 – 300 ใบเลยทีเดียว Xiaolin Wang หัวหน้าการวิจัยเล่าว่า ทีมของเขายังพบตัวอ่อนของเทอโรซอร์อีก 16 ตัวภายในไข่และเชื่อว่ายังมีไข่อีกมากที่ยังซ่อนตัวอยู่ในก้อนหิน รอให้พวกเขาไปค้นพบ รายงานดังกล่าวถูกเผยแพร่โดยสารวาร Science “มันเป็นปรากฏการณ์การค้นพบที่หายากมาก” David Hone นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยลอนดอนกล่าว “วิทยาศาสตร์เพิ่งจะเริ่มต้นขึ้น และการค้นพบครั้งนี้จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลง” ไข่ที่ค้นพบน่าจะเป็นของเทอโรซอร์สายพันธุ์ Hamipterus tianshanensis ซึ่งเป็นที่รู้กันดีว่าในอดีตเมื่อร้อยล้านปีก่อน พวกมันมีชีวิตอยู่ในบริเวณที่เป็นภูมิภาคตะวันตกเฉียงเหนือของจีน ในปัจจุบันมันเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ที่บินได้ ด้วยระยะห่างระหว่างปีกทั้งสองข้างเมื่อโตเต็มที่ จะมีความยาวถึง 10 ฟุต เชื่อกันว่าพวกมันอาศัยอยู่ใกล้กับน้ำ จับปลาเป็นอาหาร และมีพฤติกรรมคล้ายกับนกกระสาในปัจจุบัน “บริเวณที่ค้นพบอยู่ในทะเลทรายโกบี ที่นั่นมีลมแรง เต็มไปด้วยผืนทรายกว้าง มีสิ่งมีชีวิตและพืชอาศัยอยู่เพียงน้อยนิดเท่านั้น” Shunxing […]

เทียบกันตาต่อตา

การจำลองภาพการมองเห็นของสัตว์อย่างสมบูรณ์แบบเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ แต่ช่างภาพของเราสร้างภาพให้ใกล้เคียงได้โดยใช้ชุดอุปกรณ์ของเขาผสมผสานข้อมูลจากห้องปฏิบัติการ เช่น ความหนาแน่นของตัวรับแสงและปฏิกิริยาต่อแสง จากภาพเปรียบเทียบนี้ ภาพด้านซ้ายคือการมองเห็นของมนุษย์ เทียบกับภาพด้านขวาแทนการมองเห็นของสัตว์ หนอนตัวแบน (พลานาเรีย) (Dugesia dorotocephala) ตาของหนอนตัวแบนประกอบด้วยเซลล์ ตัวรับแสงรูปทรงคล้ายถ้วยขนาดเล็กที่สามารถระบุได้ว่า แสงมาจากทิศทางใด หนอนจำเป็นต้องใช้เบาะแสนี้ในการระบุถิ่นอาศัยที่เหมาะสม ซึ่งต้องมีที่กำบังแสงอาทิตย์ แมงกะพรุนกล่อง (Tripedalia cystophora) แมงกะพรุนกล่องไม่มีสมองสำหรับแปลผลข้อมูล ที่ได้จากประสาทรับความรู้สึก แต่มันตอบสนองต่อภาพความคมชัดตํ่าแบบเรียบง่ายได้ ดวงตาที่มีเลนส์สี่ดวงมองขึ้นด้านบนเพื่อรับรู้ร่มเงาพืชชายเลนซึ่งเป็นบริเวณที่มีอาหารอุดมสมบูรณ์ ดวงตาที่มีเลนส์อีก สี่ดวงมองลงด้านล่างผ่านร่างกายโปร่งใสเพื่อช่วยให้มันหลบหลีกสิ่งกีดขวางด้านล่างได้ ผีเสื้อเหยี่ยวงวงช้าง (Deilephila elpenor) รูม่านตาขนาดใหญ่ของผีเสื้อเหยี่ยวงวงช้างเอื้อให้แสงปริมาณมากผ่านเข้าสู่ดวงตา ช่วยให้มันแยกแยะสีได้แม้แต่ในแสงสลัวของดวงดาวในคืนข้างแรม ดังนั้นผีเสื้อที่หากินในเวลากลางคืนและมีเครื่องนำทางชนิดนี้จึงสามารถเสาะหานํ้าต้อยในดอกไม้ ซึ่งมีสีสันที่มนุษย์มองไม่เห็นในเวลากลางคืนได้ แมว (Felis catus) ดวงตาของแมวบ้านมีเซลล์รูปแท่งที่ไวต่อสภาวะแสงน้อยดีกว่าของมนุษย์ และรูม่านตาแบบช่องเล็กยาวเปิดได้กว้างในความมืด ช่วยให้แมวล่าสัตว์ขนาดเล็กในเวลากลางคืนได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตาม ความที่มีเซลล์รูปกรวยที่ไวต่อสีน้อยกว่า แมวจึงแยกแยะสีเขียวกับสีแดงไม่ได้ นกอินทรีหัวล้าน (Haliaeetus leucocephalus) ถ้าอยากมองหาดวงตาที่มีความคมชัดสูงเป็นพิเศษ (2.5 เท่าของดวงตามนุษย์) ให้ดูนกอินทรีหัวล้าน เป็นตัวอย่าง ขณะที่จอตาของมนุษย์มีบริเวณที่มี ตัวรับแสงหนาแน่นอยู่บริเวณเดียว นกอินทรีมี สองบริเวณ ซึ่งช่วยให้มันเห็นตรงด้านหน้าและ ด้านข้างได้ในเวลาเดียวกัน […]