Diffuusionopeuksien

Diffuusionopeuksien käsite kuvaa sitä, miten nopeasti aine leviää pitoisuuseron perusteella tilassa. Yleisesti kyse on keskimääräisestä siirtokyvystä, jota havainnoidaan pitoisuusjakauman laajenemisen perusteella ajan kuluessa. Diffuusiokertoimen D avulla voidaan kuvata massansiirto Fickin ensimmäisen lain mukaisesti: J = -D ∇C, jossa J on massansiirto ja ∇C pitoisuusgradientti. Keskeinen tulos on, että keskimääräinen siirtymän neliö ⟨r^2⟩ kasvaa ajassa: ⟨r^2⟩ = 2 d D t, missä d on ulottuvuuksien määrä.

Diffuusionopeuksiin vaikuttavat tekijät ovat muun muassa lämpötila, joka kasvattaa molekyylien liikettä; nesteen tai kaasun viskositeetti; molekyylien koko ja muoto sekä ympäristön rakenne ja esteet. Myös faasin ja konsentraatiogradienttien luonne voi muuttaa nopeutta.

Mittausmenetelmät vaihtelevat: FRAP (fluoresenssi palautuminen fotokemiallisessa valossa) mittaa biomolekyylien liikettä, NMR-diffusometria mittaa aineen liikettä magneettisella resonanceilla, tracer-diffuusio sekä yksittäisten hiukkasten seuraaminen ovat myös käytössä.

Sovelluksia ovat lääkeaineiden toimitus, materiaalitutkimus, ympäristötekniikka sekä biologia, joissa halutaan ymmärtää tai hallita, miten nopeasti aineet liikkuvat ja saavuttavat tasapainon. Diffuusionopeuksien tunteminen mahdollistaa paremmat mallit ja suunnitteluratkaisut.

Rajoitteita: jotkin järjestelmät eivät seuraa klassista Fickin lakia, ja anomalinen diffuusio voi esiintyä ruuhkaisissa tai monimutkaisissa medioissa.