Diffusjonsmotstand

Diffusjonsmotstand er et begrep innen masseoverføring som beskriver motstanden et diffusjonssystem byr på mot diffusjon av et stoff gjennom et medium, for eksempel en membran eller et grenselag. Begrepet brukes ofte i en analogi til elektrisk motstand, der diffusjonens flux avhenger av en motstandsverdi.

For en plan, homogent lag med tykkelse L og diffusivitet D, og konsentrasjonsnivåer C1 og C2 på hver side, følger Ficks første lov: J = -D dC/dx. Med konstant gradient blir J = D (C1 − C2)/L, hvor J er flux per areal (mol/m^2 s). Den totale massestrømmen gjennom området A er N = J A = D A (C1 − C2)/L. Man kan definere diffusjonsmotstanden som R_diff = L/(D A). Da er N = (C1 − C2)/R_diff. Per-areal diffusjonsmotstand er R'_diff = L/D (enheten s/m), og fluxen relate­res til konsentrasjonsforskjellen ved J = ΔC / R'_diff.

Praktiske forhold og anvendelser: Diffusjonsmotstand avhenger av diffusivitet, tykkelse og areal, samt temperatur og medium. Den kan også påvirkes av porøsitet og hindringer i materialer. I membranprosesser og biologi brukes diffusjonsmotstand til å estimere grad av transport gjennom membraner eller grenselag, og man legger ofte serier motstander i design av masseutveksling.

Eksempel: En membran med L = 0,01 m, D = 2×10^-9 m^2/s, A = 1 m^2 og ΔC = 100 mol/m^3 gir N ≈ 2×10^-5 mol/s, med diffusjonsmotstand R_diff ≈ 5×10^6 s/m^3.