为什么内电场阻止扩散 内电场如何阻止扩散

1、电势能降低导致化学势增加

内电场可以在两个区域之间建立电势差，这个电势差使得原本在低能级的分子或离子被吸引到了高能级，导致化学势增加，从而减缓扩散速度。

举个例子，考虑沿着电势差方向的某个物质的扩散。在一个区域，这种物质的浓度较高，因此电势能也相对较高。随着物质向另一个浓度较低的区域扩散，在内电场的作用下，这个物质的化学势会因为内电场降低而减少。

但是，这种减少在达到一定粒度之后将会慢下来。因为此时内电场的作用迫使物质位于高能级上，在不断扩散的过程中，电势能的降低使其化学势增加，抵消了质量浓度减少带来的影响。因此内电场阻止了扩散的继续。

2、电荷密度变化导致电场变化

内电场感应出由分子或离子周围带正负电荷的云，这种云在分布上是不均匀的。如果分子扩散的过程中，电荷分布的不均匀引起了一定程度的电场扰动，这将会产生另一个新的内电场复合在原来的电场上。

在这个新的电场中，分子将会面临一个向均匀间隙（也就是扩散）运动的拥挤力和一个内部的引力。因此，内电场的存在不仅减慢了扩散速度，还导致了粒子的堆积，进而阻止了扩散的进一步发展。

3、离子化和通道扩散的影响

内电场对于离子通道扩散这一过程还有另一种有益的影响。离子通道扩散通常是指需要通过细胞膜中的离子通道才能进行的扩散。在这个过程中，内电场的存在降低了离子再度通过通道向外扩散的速度，这是因为通道中的电荷需要被电场强烈地吸引而难以通过。

因此，在这种情况下，内电场起到了一个重要的作用，即只允许离子通过细胞膜的通道进行扩散。这种阻止过程从本质上来说类似于孔洞滤波：

只有在离子浓度和内部化学反应达到一定程度的时候，电场才能促使离子通过通道；否则在场的影响下离子将保持它们的极性状态，不再对环境产生作用。

4、扩散速度减少带来的相互作用效应

在相同条件下，即质量浓度、温度等方面相同的情况下，内电场会降低分子或离子扩散速度。减慢的过程并不是指物质扩散速度变得更慢。实际上，由于内电场的存在，分子或离子之间乃至整体与周围环境之间具有更复杂的相互作用。

在一个自由空间中，例如在气态分子之间传递时，分子之间的相互作用通过直接碰撞进行。但在电场的作用下，这个过程变得更加复杂，因为对于任何一个分子，它的周围都由一定数量的分子构成。在这种条件下，将分子视为球体将完全无法获得正确的描述，必须使用分子动力学等复杂的方法进行计算。

因此，内电场主要阻止了扩散速度的提高，而这种阻止恰恰促进了更多的分子或离子间的相互作用。这种相互作用效应在许多生物学和化学领域都得到了广泛的应用。