Movimiento browniano: definición y ejemplos

Movimiento browniano

Alguien rocía una botella de perfume por la habitación y unos segundos después empiezas a oler el perfume en el aire. ¿Alguna vez te has preguntado cómo viajan las moléculas de perfume a tu nariz? ¿O ha puesto una gota de colorante alimentario en un vaso de agua? Se esparcirá sin ningún tipo de agitación, llenando eventualmente todo el vaso de color. Ambos ocurren debido al movimiento browniano .

La estructura de gases y líquidos

Antes de explicar el movimiento browniano, es importante comprender la estructura de los gases y líquidos y cómo se mueven las moléculas en gases y líquidos. Los gases están diluidos, lo que significa que sus moléculas están muy separadas en comparación con su pequeño tamaño. ¡Afortunadamente no están muy separados en comparación con nuestro tamaño o estaríamos corriendo tratando de respirar! Las moléculas de gas se mueven en línea recta hasta que chocan con otra molécula y luego se mueven en una dirección diferente, nuevamente hasta que chocan con otra molécula. Una caja de moléculas de gas es como una caja de pequeñas bolas de billar flotantes que chocan en un espacio tridimensional, en lugar de en una mesa bidimensional.

A diferencia de los gases, los líquidos no se diluyen. Están mucho más concentrados y no ocupan todo el volumen de su recipiente. Las moléculas de líquido se mueven de manera similar a las moléculas de gas, moviéndose en línea recta hasta que chocan con otra molécula. Sin embargo, debido a que están más condensadas y más juntas, las moléculas de líquido no viajan muy lejos antes de chocar y cambiar de dirección. Para una visualización de este movimiento, vea la figura a continuación.

Figura 1: La molécula azul se mueve a través de un gas o líquido de moléculas más pequeñas.

Movimiento browniano

Ahora que sabemos cómo pueden moverse las moléculas en un líquido o un gas, podemos pensar en cómo este movimiento se suma con el tiempo. Si seguimos el movimiento de una molécula a través de un líquido o gas, da un paseo aleatorio . Puede intentar simular este comportamiento en casa. Solo necesitas un dado. Lanza el dado y camina el número de pasos del dado. Esta es la molécula que viaja en línea recta. Luego lanza el dado nuevamente y esta vez gira 60 grados en el sentido de las agujas del reloj por cada número del dado. Esta es la molécula que cambia de dirección debido a una colisión. Ahora comience el proceso de nuevo y repita. Vas a dar un paseo al azar. Esta es la forma en que se mueve una molécula de líquido o gas y se llama movimiento browniano.. Las computadoras también pueden simular este movimiento. Podemos ver los resultados de una caminata aleatoria simulada por computadora en la figura 2.

Figura 2. El movimiento browniano de una molécula se puede describir como un paseo aleatorio en el que las colisiones con otras moléculas provocan cambios de dirección aleatorios.

Consecuencias del movimiento browniano

Este movimiento browniano ocurre en líquidos y gases sin ninguna interrupción externa del sistema. Esta es la razón por la que un olor en la esquina de la habitación eventualmente se difundirá o se extenderá por toda la habitación. Debido a que la naturaleza del movimiento es aleatoria, ocurre en todas las direcciones. Una molécula subirá, una bajará, una irá a la izquierda y la otra a la derecha. Cuando hay millones de moléculas, como las que hay en un pequeño spray de perfume, el olor se propaga por igual en todas direcciones. Esta es también la razón por la que una gota de colorante alimentario en agua se esparcirá sin remover. Las moléculas de colorante de alimentos caminan aleatoriamente por el agua, esparciéndose de modo que eventualmente las moléculas de colorante están presentes en cada parte del agua, incluso si nunca se agitó.

Resumen de la lección

Las moléculas de gas y líquido se mueven en línea recta y cambian de dirección aleatoriamente cuando chocan con otra molécula en su camino. Al observar el camino de una molécula a través de muchas colisiones, se ve que camina al azar. Incluso en una pequeña muestra de gas, todavía habría muchos millones de moléculas, todas dando estos paseos al azar. Debido a que la dirección de las moléculas termina aleatoriamente, las moléculas se esparcen en todas direcciones a lo largo del tiempo. Es por eso que las moléculas de perfume se difunden por toda la habitación y las moléculas de colorante de alimentos tiñen todo el vaso de agua. Este movimiento molecular aleatorio se llama movimiento browniano.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador