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

มื้อสุดท้ายของมนุษย์เอิตซี ที่มีชีวิตอยู่เมื่อ 5,300 ปีก่อน

นักวิทยาศาสตร์ใช้เวลากว่า 20 ปี กว่าจะหากระเพาะอาหารของมนุษย์เอิตซี (Ötzi) พบ และตอนนี้พวกเขาทราบแล้วว่าอะไรคืออาหารมื้อสุดท้ายของมัมมี่น้ำแข็งที่เคยมีชีวิตอยู่เมื่อ 5,300 ปีก่อน

กว่าจะได้เป็นนักบินอวกาศ ต้องผ่านอะไรมาบ้าง

Anne Roemer ผู้จัดการด้านการคัดเลือก นักบินอวกาศ ของนาซาถ่ายภาพร่วมกับผู้ที่เข้าร่วมชั้นเรียนนักบินอวกาศซึ่งคัดเลือกจากผู้สมัครกว่า 18,000 คน เมื่อปี 2017 โดยนักเรียนในรุ่นปี 2017 จะจบการศึกษาในปีนี้ ภาพถ่ายโดย ROBERT MARKOWITZ, NASA มีการคัดเลือกบุคคลจากผู้สมัครหลายพันคนเข้าไปในชั้นเรียน นักบินอวกาศ ครั้งถัดไป บางคนอาจได้เดินบนดวงจันทร์ หรืออาจจะเป็นคนแรกที่ได้ประทับรอยเท้าบนดาวอังคาร มีผู้สมัครหลายพันคนกำลังแข่งขันกันเพื่อที่จะได้เป็นนักท่องอวกาศคนต่อไปของนาซา โดยเมื่อเดือนมีนาคมที่ผ่านมา มีผู้สมัครที่เปี่ยมไปด้วยความหวังถึง 12,040 ผู้หวังเป็นส่วนหนึ่งของชั้นเรียนนักบินอวกาศในครั้งต่อไป การคัดเลือกนักบินอวกาศของนาซาไม่ใช่เรื่องง่ายดาย นักบินอวกาศต้องมีทั้งระเบียบวินัยแต่ก็มีความยืดหยุ่น สามารถพร้อมเผชิญภัยแต่ก็ต้องกังวลเรื่องความปลอดภัย รวมถึงสามารถเป็นได้ทั้งผู้นำและผู้ตามได้ในเวลาเดียวกัน เพื่อที่จะหาผู้ที่สามารถผ่านคุณสมบัติ Anne Roemer ผู้จัดการด้านการคัดเลือกนักบินอวกาศ และเหล่านักบินอวกาศผู้ปฏิบัติงานต้องตรวจสอบผู้สมัครหลายพันคนเพื่อเลือกคนให้เหลือราว 12 คน ที่มีส่วนผสมของลักษณะนิสัยและประสบการณ์ที่หลากหลาย เพื่อที่จะเป็นกลุ่มคนที่พิเศษที่สุดบนโลก โดยหนึ่งในคนกลุ่มนี้อาจจะเป็นคนที่ได้เดินบนดาวอังคารเป็นคนแรก Roemer ได้ให้สัมภาษณ์กับทางเนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก เกี่ยวกับวิธีการคัดเลือกนักบินอวกาศของนาซา สิ่งที่เธอมองหาในตัวผู้สมัคร และความคิดของเธอเกี่ยวกับการขึ้นไปอยู่ในยานอวกาศรุ่นใหม่ๆ จำนวนคนที่คุณจะเลือกเข้ามาในชั้นเรียนนักบินอวกาศครั้งต่อไปมีกี่คน เราให้ตัวเองอยู่ในสถานะที่สามารถต่อรองประนีประนอมกันได้ เพื่อที่จะทดแทนการลดจำนวนลงของนักบินอวกาศ ทั้งคนที่ออกจากสำนักงานของเรา, คนที่เกษียณไป, คนที่บอกกับเราว่าไม่อยากบินอีกแล้ว และเหตุผลอื่นๆ เราเลยประมาณจำนวนรับคร่าวๆ อยู่ที่ […]

อากาศหนาว ของไทย ทำไมต้องพัดมาจากจีน

“ขณะนี้มวลอากาศเย็นจากจีนได้แผ่ปกคลุมประเทศไทยตอนบนแล้ว” ทำไมต้องจีน และลมหนาวในจีนมาจากไหน? มาทำความเข้าใจการเดินทางของสายลมให้ลึกซึ้งมากขึ้นกัน

ฝนกรด (Acid Rain) เกิดขึ้นได้อย่างไร

ปรากฏการณ์ ฝนกรด (Acid Rain) คือการลดลงของค่าความเป็นกรด-ด่าง หรือค่า pH ของน้ำฝนในธรรมชาติ ซึ่งโดยปกติแล้ว น้ำฝนมีฤทธิ์เป็นกรดอ่อนๆ โดยมีค่า pH อยู่ที่ราว 5.6 แต่เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของมลพิษทางอากาศในช่วงหลายร้อยปีที่ผ่านมา ส่งผลให้ค่า pH ของน้ำฝนลดต่ำลงกว่าปกติ และในบางพื้นที่ที่มีมลพิษทางอากาศสูง น้ำฝนอาจมีค่า pH อยู่ในช่วง 4.2 ถึง 4.4 เลยทีเดียว ปรากฏการณ์ ฝนกรด ไม่ใช่การที่มีน้ำกรดบริสุทธิ์ตกลงมาจากท้องฟ้า แต่กล่าวรวมไปถึงการลดลงของค่าความเป็นกรด-ด่างของหยาดน้ำฟ้า (Precipitation) ชนิดต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นฝน หิมะ ลูกเห็บ และหมอกในธรรมชาติ จากการปนเปื้อนสสารหรือก๊าซชนิดต่างๆ ซึ่งส่งผลให้สภาวะความชื้นและองค์ประกอบของอากาศมีความเป็นกรดเพิ่มมากขึ้น สาเหตุของการเกิดปรากฏการณ์ฝนกรด ปรากฏการณ์ฝนกรดเกิดขึ้นจากการรวมตัวกันของน้ำฝนและก๊าซออกไซด์ของโลหะบางชนิดในอากาศ ซึ่งในธรรมชาติ เมื่อเกิดการระเบิดของภูเขาไฟ หรือ เกิดไฟป่า หรือการเน่าเปื่อยของซากพืช มักเป็นสาเหตุของการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (Sulfur Dioxide: SO2) ปริมาณมากเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลก ทำให้ฝนที่ตกลงมาในช่วงเวลานั้นมีฤทธิ์เป็นกรดมากกว่าน้ำฝนปกติ แต่ปรากฏการณ์ฝนกรดในธรรมชาติเกิดขึ้นไม่บ่อยครั้งนัก ปรากฏการณ์ฝนกรดที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในปัจจุบันมีสาเหตุสำคัญมาจากกิจกรรมของมนุษย์โดยตรง เช่น การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลปริมาณมหาศาล […]