Diffusionslimitierte

Diffusionslimitierte Prozesse bezeichnen Vorgänge, bei denen die Geschwindigkeit einer Reaktion oder eines Wachstums durch die Diffusion der beteiligten Teilchen bestimmt wird. Der Grenzfaktor ist demnach der Transport der Spezies durch das Medium, nicht deren chemische Reaktionsfähigkeit. In solchen Systemen gilt: Sobald zwei Partikel sich treffen, erfolgt die Reaktion bzw. das Anhaften rasch, so dass weitere Verzögerungen durch Diffusion dominieren.

Im Gegensatz dazu stehen diffusionseingeschränkte oder diffusionsempfindliche Reaktionen, bei denen zusätzlich zur Diffusion auch die intrinsische Reaktionsrate wichtig ist und nicht jeder Kontakt unmittelbar zur Reaktion führt.

Beispiele und Anwendungen: Diffusionslimitierte Aggregation (DLA) modelliert das Wachstum von Korallen- oder Sternstrukturen, wobei diffundierende Teilchen an der Oberfläche haften. In der Elektrochemie kann der Grenzstrom diffusionslimitiert sein, wenn die Konzentration des Reaktanden in der Diffusionsschicht das Tempo bestimmt; ähnliche Effekte treten bei Elektroplattierung und bei der Korrosion auf. Diffusionslimitierte Prozesse beeinflussen Musterbildung, Porenstrukturen und Materialeigenschaften.

Modelle und Theorie: Die Phänomene werden durch Diffusionsgleichungen, Brownian-Bewegung oder Monte-Carlo-Simulationen beschrieben. Die Smoluchowski-Theorie liefert formale Ausdrücke für diffusionkontrollierte Reaktionen zwischen sphärischen Spezies; das DLA-Modell führt zu charakteristischen fractalen Strukturen mit typischer Fraktaldimension um 1,7 in 2D.

Historischer Kontext: Der Begriff ist eng mit der diffusionslimitierte Aggregation von Witten und Sander aus dem Jahr 1981 verbunden.