Diffusionsegenskaber

Diffusionsegenskaber er de fysiske og kemiske karakteristika, der bestemmer hvor hurtigt og i hvilken retning et stof diffunderer gennem et medium som følge af tilfældige molekylære bevægelser og koncentrationsforskelle. Begrebet anvendes bredt inden for kemi, materialer, biologi og miljøteknik og beskriver diffusion i gasser, væsker, faste stoffer og porøse medier. Diffusion kan foregå som molekylær diffusion eller i samspil med andre transportprocesser som konvektion og faciliteret diffusion.

Den grundlæggende beskrivelse af diffusion sker gennem Ficks love. Ficks første lov siger, at diffusionsfluxen J er proportional med den negative koncentrationsgradient: J = -D dC/dx, hvor D er diffusionskoefficienten. Ficks anden lov beskriver koncentrationsudviklingen over tid: ∂C/∂t = D ∂^2C/∂x^2 for ein-dimensionel bevægelse. Disse ligninger gælder for isotrope medier og under visse antagelser, men de kan udvides til anisotrope eller time-variant forhold.

Diffusionskoefficienten D afhænger af temperatur, medium, stof og molekylstørrelse. Ofte følger D en Arrhenius- eller Q10- afhængighed med temperatur og påvirkes af mediets viskositet og tæthed. I porøse medier ændres diffusionen til en effektiv diffusivitet De, som ofte skrives som De = D ε/τ eller De = D ε/τ, hvor ε er porøsiteten og τ tortuositeten. I faste materialer kan anisotropi og hindringer føre til retningsevner og rumlige variationer i D.

Målemetoder omfatter tracer-teknikker, NMR-diffusometri (PFG-NMR), FRAP i biologi og elektrokemiske metoder. Anvendelser spænder fra miljøkundskab og batteriteknologi til medicinsk levering og membranudvikling. Diffusionsegenskaber er derfor centrale for at forstå og forudsige transport af stoffer i forskellige systemer.