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

ยอดเขาเอเวอเรสต์ สูงขึ้นประมาณสองฟุต

จากการสำรวจคู่ขนานที่จัดทำขึ้นทั้งสองประเทศ การวัดความสูงของ ยอดเขาเอเวอเรสต์ ครั้งล่าสุด ยังไม่ได้กำหนดไว้อย่างเป็นทางการ เนื่องจากอยู่ในกระบวนการพิสูจน์ความแม่นยำโดยเหล่านักวิทยาศาสตร์และนักสร้างแผนที่ ทางการจีนละเนปาลประกาศจุดสูงที่สุดในโลกครั้งใหม่ว่า ยอดเขาเอเวอเรสต์ อยู่สูงจากระดับน้ำทะเล 8848.86 เมตร ตามผลการสำรวจที่นำเสนอในวันที่ 8 ธันวาคม 2020 ซึ่งสูงกว่าระดับความสูงที่รัฐบาลเนปาลเคยรับรองไว้ก่อนหน้านี้ประมาณสองฟุต หรือ 0.6 เมตร เรื่อง FREDDIE WILKINSON การวัดระดับความสูง ซึ่งประกาศเมื่อวันที่ 8 ธันวาคม ที่ผ่านมา ในแถลงการณ์ร่วมของกรมการสำรวจประเทศเนปาลและทางการจีน ถือเป็นจุดสำคัญของโครงการที่ดำเนินมาหลายปี เพื่อวัดความสูงของเทือกเขาในตำนานลูกนี้ และเป็นการสำรวจเอเวอเรสต์อย่างจริงจังครั้งแรกในรอบ 16 ปี ความพยายามดังกล่าวได้รับการติดตามอย่างใกล้ชิดจากผู้เชี่ยวชาญทางภูมิศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งนักวิทยาศาสตร์ที่วิเคราะห์ว่า แผ่นดินไหวขนาด 7.8 ในปี 2015 ส่งผลกระทบต่อภูมิภาคนี้อย่างไร ในฤดูใบไม้ผลิที่ผ่านมา กลุ่มนักสำรวจและมัคคุเทศก์ชาวเนปาลกลุ่มเล็ก ๆ ต้องอดทนกับความหนาวเหน็บของการเดินขึ้นเขาในเวลากลางคืน โดยมาถึงจุดสูงสุดในเวลา 03.00 น. ตามเวลาท้องถิ่น เพื่อทำงานโดยหลีกเลี่ยงความหนาแน่นของนักปีนเขาที่มาจากทั่วทุกมุมโลก “เราต้องการส่งสารไปยังประชาคมโลกว่า เราสามารถทำบางสิ่งได้ด้วยทรัพยากรและกำลังคนด้านเทคนิคของ [ประเทศ] เราเอง” Khimlal Gautam […]

NGT x SaySci Ep.11 “ไขมันทรานส์ วายร้ายที่แฝงอยู่ในอาหาร”

งานวิจัยหลายชิ้นรายงานว่า หากเราลดการบริโภคไขมันทรานส์ในอาหาร จะช่วยลดความเสี่ยงที่จะเกิดโรคหัวใจ แต่มันช่วยได้อย่างไรและทำไม? มาไขข้อกระจ่างเกี่ยวกับไขมันทรานส์กัน...

อาหารคีโตจีนิก : อาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำ – ไขมันสูง

งานวิจัยทางวิชาการหลายฉบับยังรายงานผลการทดลอง ที่ขัดแย้งกันระหว่างข้อดีและผลกระทบระยะยาวของ อาหารคีโตจีนิก ที่กำลังเป็นกระแสนิยมในช่วงสองสามปีที่ผ่านมา  อาหารคีโตจีนิก คืออะไร อาหารคีโต หรือ อาหารคีโตจีนิก (Ketogenic diets) เป็นรายการอาหารที่มีปริมาณคาร์โบไฮเดรตต่ำ แต่มีไขมันสูง ซึ่งส่งผลให้ร่างกายใช้พลังงานทางเลือกจากไขมันแทนการใช้พลังงานจากแหล่งพลังงานหลักคือคาร์โบไฮเดรต ผ่านกระบวนการที่เรียกว่า คีโตซิส (Ketosis) กระบวนการคีโตซิสจะเกิดขึ้นเมื่อร่างกายรับรู้ว่าระดับน้ำตาลในเลือดต่ำลง จึงจำเป็นเผาผลาญพลังงานจากไขมันแทน กระบวนการคีโซซิสเกิดขึ้นที่ตับ โดยไขมันที่เก็บสะสมไว้ในช่องท้องจะถูกเปลี่ยนให้เป็นกรดไขมัน และได้ผลผลิตสุดท้ายเป็นสารประเภทคีโตน (Ketones) ซึ่งร่างกายสามารถนำไปใช้เป็นพลังงานได้ บทสรุป: เมนูอาหารคีโต คือ อาหารที่คาร์โบไฮเดรตต่ำ และมีไขมันสูง ซึ่งส่งผลให้ร่างกายมีระดับน้ำตาลและอินซูลินในเลือดต่ำ ร่างกายจึงใช้พลังงานจากไขมัน ผ่านสารให้พลังงานที่เรียกว่า คีโตน ประเภทของอาหารคีโตจีนิก 1. Standard ketogenic diet (SKD): เป็นรายการอาหารที่มีปริมาณคาร์โบไฮเดรตน้อยมาก มีโปรตีนปานกลาง และมีไขมันสูง โดยสัดส่วนของอาหารหนึ่งมื้อคือ ไขมันร้อยละ 75 โปรตีนร้อยละ 20 และคาร์โบไฮเดรตร้อยละ 5 2. Cyclical ketogenic diet (CKD): เป็นการเลือกรับประทานอาหารคีโตจีนิกเป็นส่วนใหญ่ […]

เรื่องราวอัศจรรย์ของต้นไม้ที่ได้ท่องอวกาศ และกำลังยืนต้นอยู่บนพื้นโลก

ต้นไม้ดวงจันทร์ เหล่านี้เติบโตขึ้นจากเมล็ดพันธุ์นับร้อยเมล็ดที่ได้ไปท่องอวกาศกับยานอะพอลโล 14 และกำลังยืนต้นอยู่บนโลก