Diffuusoituminen

Diffuusoituminen (diffuusio) on aineen leviämistä tilassa korkeamman pitoisuuden alueelta matalamman pitoisuuden alueelle. Prosessi johtuu molekyylien satunnaisesta Brownin liikkeestä ja tasoittaa pitoisuuseroja niin kauan kuin gradientti on olemassa. Fysikaalisia periaatteita kuvataan usein Fickin laeilla: diffuusiovirta on suoraan verrannollinen pitoisuuseroon sekä riippuu aineen diffuusiokertoimesta, joka vaihtelee molekyylin koon, nesteen tai kaasun ominaisuuksien sekä temperature mukaan. Fickin toinen laki antaa, miten pitoisuudet muuttuvat ajan kuluessa.

Diffuusoituminen etenee eri tiloissa eri tavoin. Kaasut diffundoituvat yleensä nopeammin kuin nesteet, ja kiinteissä aineissa diffuusio on usein huomattavasti hitaampaa. Ympäristötekijät kuten lämpötila ja viskositeetti sekä molekyylin koko ja muoto vaikuttavat nopeuteen: suuremmat molekyylit ja tiiviit mediat hidastavat diffuusiota. Solukalvon yli tapahtuva diffuusio jakautuu läpäisevään diffuusioon ja kuljetusproteiinien mahdollistamaan fasilitoituun diffuusioon.

Merkitys ja sovellukset ovat laajat. Biologiassa diffuusoituminen mahdollistaa kaasujen, kuten hapen ja hiilidioksidin, siirtymisen solujen välillä sekä aineiden liikkuvuuden solukalvon yli. Ympäristössä diffuusio vaikuttaa esimerkiksi ilman ja veden epäpuhtauksien leviämiseen sekä malmin ja maaperän kaasujen vaihtoon. Teollisuudessa se ohjaa reaktioita, suodatusta ja materiaalien pinnoitteita.