ブラウン運動と拡散の大きな違いは、ブラウン運動では粒子の移動方向が決まっていないのに対し、拡散では粒子が高濃度から低濃度へ移動することである。

粒子の運動に関する概念として、ブラウン運動と拡散がある。この2つの概念の存在は、物質がより小さな粒子で構成されていること、そしてそれらを分離できることを証明しているのです。また、物質（固体、気体、液体）中の原子や分子の間に、他の粒子が通過するのに十分な自由空間があることを証明する。

カタログ

1.主な違いと主な概要 2.ブラウン運動とは 3.拡散とは 4.横並び比較-ブラウン運動と拡散を表形式で 5.まとめ

ブラウン運動は何ですか？

植物学者のロバート・ブラウンは、1827年にブラウン運動の概念を提唱した。水中の花粉の粒を顕微鏡で見てみると、水の中を動き回っている（ランダム運動）ことがわかった。彼はこの運動をブラウン運動と呼んだ。しかし、この運動を説明したのは、アインシュタインである。

アインシュタインの説明によると、彼は原子の特性のいくつかを説明したそうです。当時は原子の存在を信じていたものの、それを証明する証拠がなかったのだ。ブラウン運動は、原子の存在を証明するものです。私たちの身の回りの物質は、すべて原子でできています。そのため、花粉の粒や水にも原子が含まれています。さらにアインシュタインは、花粉の粒が動くのは、目に見えない水の分子とぶつかるからだと説明した。水の分子が花粉の粒にぶつかると跳ね返ってくるので、それを顕微鏡で見ることができるのです。水の分子が見えないので、花粉の粒が勝手に動いていると思いがちですが、そうではありません。

図01：ブラウン運動図

さらに、ブラウン運動を研究することで、水分子の動く速さなど、いくつかの特性を予測することができます。同様に、空気中の粒子もブラウン運動をしている。例えば、空気中の塵は、気体分子との衝突によりランダムに移動します。

拡散は何ですか？

拡散とは、高濃度から低濃度へ粒子が移動することである。つまり、化学ポテンシャルの高い領域から低い領域へ粒子が移動することである。つまり、高温の物体から低温の物体への熱の移動になぞらえた概念である。

また、浸透圧は拡散の一種で、水の動きを表現するものです。水がある細胞から別の細胞へ移動するとき、水は高い水ポテンシャルから低い水ポテンシャルへの水ポテンシャル勾配をたどります。また、拡散は生体系において重要な概念である。植物や動物は、栄養分、ガス、水のほとんどを拡散によって取り込み、分配しています。例えば、細胞内では毛細血管に比べて酸素濃度が低く、炭酸ガス濃度が高い。このように、拡散によって、毛細血管から細胞へ酸素が運ばれ、細胞から二酸化炭素が取り除かれるのです。

ブラウン運動と拡散の違い

ブラウン運動とは、流体中の微小な粒子が、周囲の媒質中の分子の連続的な衝突によって、不規則かつランダムに動くことである。一方、拡散とは、高濃度の領域から低濃度の領域へ物質が移動することである。したがって、ブラウン運動と拡散の重要な違いは、ブラウン運動では粒子の移動方向が決まっていないのに対し、拡散では粒子が高濃度から低濃度へ移動することである。しかし、いずれの場合も粒子の動きはランダムである。

また、ブラウン運動と拡散のもう一つの大きな違いは、拡散は濃度や潜在的な化学的勾配に反応して起こるということである。しかし、ブラウン運動は、これらの要因に支配されることはない。粒子のブラウン運動は、媒質中の他の粒子の運動に反応して起こる。

ブラウン運動と拡散の違いについては、以下のインフォグラフィックで詳しく解説しています。

概要 - ブラウン運動 vs. 拡散

つまり、ブラウン運動と拡散の決定的な違いは、ブラウン運動では粒子の移動方向が決まっていないのに対し、拡散では粒子が高濃度から低濃度へ移動することである。しかし、いずれの場合も粒子の動きはランダムである。

引用

1Alfred Rudin, Phillip Choi, Principles of Polymer Science and Engineering (3rd ed.), 2013.2. Helmenstine, Dr Anne Marie, "Introduction to Brownian Motion," ThoughtCo, January 5, 2019.1.2.こちらから購入できます