Diffusiesnelheden

Diffusiesnelheden verwijst naar de snelheid waarmee moleculen of deeltjes zich verspreiden in een stof als gevolg van spontane beweging en een aanwezige concentratiegradiënt. In de wetenschap wordt vaak onderscheid gemaakt tussen de diffusiesnelheid, uitgedrukt als een flux, en de diffusiecoëfficiënt, die de schaal van de verspreiding aangeeft. De eerste wet van Fick geeft de relatie tussen flux J en de concentratiegradiënt: J = -D ∂C/∂x. De tweede wet van Fick beschrijft hoe de concentratie in de tijd verandert: ∂C/∂t = D ∂^2C/∂x^2, bijvoorbeeld in een een-dimensionale opstelling.

De diffusiecoëfficiënt D is een maat voor hoe snel deeltjes zich verspreiden en hangt af van factoren zoals temperatuur, viscositeit van het medium, en de grootte of het gewicht van de diffunderende deeltjes. Hogere temperatuur verhoogt de moleculaire beweging en daarmee D, terwijl een hogere viscositeit van het medium de diffusie vertraagt. Kleinere moleculen diffunderen doorgaans sneller dan grotere. De structuur van het medium (bijv. porositeit, tortuositeit) en aanwezigheid van barrières zoals membranen kunnen de effectieve diffusie sterk beïnvloeden. In gassen en vloeistoffen vindt diffusie plaats door ongehinderd of gedeeltelijk hinderd beweging; in membranen speelt permeabiliteit een cruciale rol.

Toepassingen van diffusiesnelheden komen voor in biologie (celmembranen en iondiffusie), chemische technologie, milieuonderzoek en materiaalwetenschappen. Begrip van diffusie helpt bij het voorspellen van transport van voedingsstoffen, geneesmiddelen en vervuilende stoffen.