Diffusjonskoeffisienten

Diffusjonskoeffisienten, ofte kalt D, er et mål på hvor raskt et stoff sprer seg i et medium som følge av diffusjon. Den opptrer i Ficks lover, som beskriver masseflyt og konsentrasjonsendring. Første lov sier at massestrømmen J er proporsjonal med gradienten i konsentrasjonen: J = - D ∇C. Andre lov gir tidsutviklingen av konsentrasjonen: ∂C/∂t = D ∇^2 C for et homogent, isotropt medium. Enheten til D er kvadratmeter per sekund (m^2/s).

Verdien av diffusjonskoeffisienten varierer betydelig med fase, stoff og temperatur. I gasser ligger typiske D-verdier mellom omtrent 10^-5 og 10^-4 m^2/s, mens i væsker små molekyler ofte har D omkring 10^-9 til 10^-10 m^2/s. I faste stoffer er diffusjon vanligvis mye langsommere. Diffusjonen øker med temperatur og avtar med økende viskositet og molekylstørrelse. For små partikler i flytende media kan Stokes–Einstein-algoritmen gi en tilnærming: D = k_B T / (6 π η r), hvor T er temperatur, η er væskens viskositet og r er partikkelens radius.

I praksis kan diffusjon være anisotrop i krystaller og andre icke-isotrope medier, der D blir en diffusjonstensor. Begrepet inkluderer også self- og tracer-diffusjon i kjemi og biologi, og brukes bredt i miljøforskning, kjemisk prosessteknikk, legemiddelutvikling og materialvitenskap.

Historisk tilhører diffuse-koeffisienten Fick, som formulerte lovene i midten av 1800-tallet.