Diffusieeigenschappen

Diffusieeigenschappen verwijzen naar de kenmerken van een stof die bepalen hoe deze zich verspreidt door diffusie in een medium. De belangrijkste parameter is de diffusiecoëfficiënt D, die uitdrukt hoe snel een stof zich door een concentratiegradiënt verplaatst. In de context van Fick’s wetten wordt de flux beschreven door J = -D ∇C, waar J de stofstroom is en ∇C de concentratiegradiënt. Diffusie kan zowel in vloeistoffen als in gassen en vaste stoffen voorkomen, en kan onder bepaalde omstandigheden samenhangen met advektie.

Diffusie kan moleculair of effectief zijn. Moleculaire diffusie gaat over de vrije spreiding van moleculen in een medium, terwijl in porieuze media of membranen sprake is van effectieve diffusie, waarbij porositeit, tortuositeit en andere microstructuurkenmerken invloed hebben op de gemeten diffusiecoëfficiënt D_eff. Anisotrope media kunnen verschillende diffusiecoëfficiënten vertonen in verschillende richtingen, wat betekent dat D een tensor kan zijn.

Factoren die diffusie beïnvloeden zijn onder andere temperatuur, viscositeit van het medium, de grootte en vorm van de diffunderende deeltjes en de interacties tussen deeltjes en het medium. In gasfasen is D doorgaans groter dan in vloeistoffen, en bij hogere temperatuur neemt D toe. In vaste stoffen kan diffusie via vacancies of interstitiële beweging verlopen en volgt vaak een Arrhenius-achtige wetmatigheid D = D0 exp(-Ea/RT).

Meetmethoden voor diffusiecoëfficiënten omvatten tracerstechnieken, kunnen isotopen- of moleculaire tracers betreffen, en wordt vaak uitgevoerd met PFG-NMR of diffusietijdafhankelijke methoden. Diffusieeigenschappen worden veel toegepast in membranen, katalyse, farmaceutische distributie, bodem- en geowetenschappen en biomedische beeldvorming.