Diffuusiokertoimen

Diffuusiokerroin (D) kuvaa sitä, kuinka nopeasti aine leviää konsentraatiogradientin vaikutuksesta. Yksikkö on m^2/s. Diffuusionopeudet vaihtelevat suuresti olosuhteiden mukaan: pienet molekyylit voivat liikkua noin 10^-9 m^2/s, kun suuremmat molekyylit ovat hitaampia.

Fickin lait määrittelevät massansiirron. Ensimmäinen laki: J = -D ∇c, jossa J on diffuusion virta ja ∇c pitoisuusgradientti. Toinen laki: ∂c/∂t = D ∇^2 c kuvaa pitoisuuden ajan muutosta.

Diffuusiokerroin riippuu lämpötilasta, viskositeetista ja molekyylin koosta. Esimerkiksi Stokes–Einsteinin lain mukaan D = k_B T /(6 π η r), jossa T on lämpötila, η viskositeetti ja r hiukkasen säde.

Porous mediaan liittyvä suurpiirteinen kuvaus käyttää efektiivistä diffuusiokerrointa Deä, joka huomioi rakenteen vaikutukset. Yleinen yksinkertaistettu suhde on De ≈ D ε/τ, missä ε on porositeetti ja τ tortuositeetti.

Mittaaminen ja sovellukset. Diffuusiokerrointa voidaan arvioida muun muassa pulssikalteutr Gradient NMR:llä (PFG-NMR), Taylor-dispersion-menetelmillä ja pysähtyneillä diffuuskokeilla. Sitä hyödynnetään kemianteollisuudessa, ympäristötieteissä, biologiassa ja materiaalitieteessä esimerkiksi suodatusprosessien suunnittelussa, aineiden leviämisen mallinnuksessa sekä biologisten prosessien kuvaamisessa.