Diffusiossa

Diffuusio on fysikaalinen prosessi, jossa hiukkaset liikkuvat pitoisuuspainetta vastaan kohti tasaisempaa jakaumaa. Liikkeen taustalla on molekyylien satunnainen terminen liike, ja suurempi pitoisuus pyrkii levittäytymään pienempään tilaan. Diffuusio tapahtuu sekä kaasuissa että nesteissä ja voi esiintyä myös kiinteissä aineissa pienemmissä mittakaavoissa.

Fickin lait kuvaavat diffuusiota. Fickin ensimmäinen laki kertoo, että ainevirta J on verrannollinen pitoisuuseroon: J = -D ∇C, jossa D on diffuusiokerroin. Fickin toinen laki kuvaa, miten pitoisuus muuttuu ajassa: ∂C/∂t = D ∇^2 C. Näiden lakien avulla voidaan mallintaa aineen leviäminen tilassa, esimerkiksi putkessa, kalvolla tai kudoksessa.

Diffuusion nopeuteen vaikuttavat tekijät ovat muun muassa lämpötila, viskositeetti sekä molekyylien koko ja muoto. Suurempi diffuusiokerroin D ja suurempi pitoisuusero nopeuttavat diffuosiota, kun taas korkea viskositeetti hidastaa sitä. Ympäristön rakenne sekä esteet voivat muokata diffuusion reittejä ja aikakäyriä.

Esimerkkejä diffuusion ilmenemisestä ovat kaasujen leviäminen ilmakehässä, liuosten sekoittuminen sekä passiivinen diffuusio solukalvon yli ja solujen sisäisten tilojen välillä. Diffuosiota hyödynnetään monilla aloilla, kuten lääketieteessä ja farmakologiassa lääkkeiden kulkeutumisessa kudoksiin, materiaalitutkimuksessa diffuusion vaikutuksesta ainejakaumaan sekä ympäristötieteissä haitta-aineiden leviämisen mallinnuksessa.

Diffuusion käsite kehittyi 1800-luvulla, ja Fickin lait muodostivat sille perustan. Nykyisin diffuosiota mallinnetaan sekä analyyttisesti että numeerisesti monilla tieteenaloilla.