Diffusjonsrate

Diffusjonsrate beskriver hastigheten som en substans diffunderer gjennom et medium som følge av en konsentrasjonsgradient. Den uttrykkes ofte gjennom diffusjonsfluks, J, målt i mol per arealenhet per tid. I én dimensjon er Ficks første lov: J = -D dC/dx, der D er diffusjonskoeffisienten og C er konsentrasjonen. Den negative fortegnet viser at diffusjonen går fra høy til lav konsentrasjon.

Ficks andre lov beskriver hvordan konsentrasjonen endrer seg over tid i et homogent medium: ∂C/∂t = D ∂^2C/∂x^2. D avhenger av temperatur, mediumets viskositet, molekylstørrelse og molekyl-middel-interaksjoner. Høyere temperatur og mindre molekyler øker D, mens høy viskositet og større molekyler reduserer den.

I membraner eller porøse materialer kan steady-state flux beskrives som J = (D K / l) ΔC, der l er tykkelsen på barrieren og K partisjonskoeffisienten mellom fasene. Dette gir et forenklet mål på diffusjonsraten gjennom et separasjonsmedium eller en biologisk membran. For verdier som varierer gjennom et ikke-homogent medium brukes ofte et lokalt eller apparent diffusivitet.

Flere faktorer påvirker diffusjonsraten, blant annet gradientens størrelse, temperatur, viskositet, molekylstørrelse og form, porøsitet og tortuositet i materialet, samt grensebetingelser og hindringer.

Diffusjonsrate har bred anvendelse innen kjemisk industri, materialvitenskap, biologi, farmasi og miljøforskning, for eksempel i beregning av gass- og væsketransport gjennom membraner, legemiddelutgivelse og spredning av forurensninger. Begrepet stammer fra Ficks lover, formulert av Adolf Fick i midten av 1800-tallet.