Gassdiffusjon

Gassdiffusjon er prosessen der gassmolekyler spontant fordeler seg fra områder med høy konsentrasjon til områder med lavere konsentrasjon. I gassblandinger foregår transporten hovedsakelig ved molekylær diffusion, drevet av termisk bevegelse og en konsentrasjonsgradient. Diffusjonen påvirkes av temperatur, trykk og molekylstørrelse, og kan være betydelig forskjellig avhengig av omgivelsene.

Ficks første lov beskriver diffusjon langs en retning: J = -D ∂C/∂x, hvor J er molar flux, og D er diffusjonskoeffisienten. I gassblandinger må man ofte bruke multikomponentdiffusjon, og i noen tilfeller anvendes Stefan–Maxwell-ligninger. Ved flere komponenter kan man tilnærme seg transporten ved hjelp av D som avhenger av temperatur og trykk.

Diffusjonskoeffisienten D for gasser i luft ligger typisk i området 0,1–0,3 cm²/s ved romtemperatur. D øker med temperatur og synker med høyere trykk; molekylstørrelse og intermolekylære krefter påvirker også. I porøse medier kan Knudsen-diffusjon dominere når porestørrelsen er liten og molekylene ofte kolliderer med veggene i stedet for hverandre.

I biologisk sammenheng er gassdiffusjon sentral for respirasjonen: oksygen diffunderer fra alveolene til blodet, mens karbondioksid diffunderer den andre veien, drevet av partialtrykkgradienter og membranens egenskaper. Diffusjon kan begrenses av membrantykkelse eller sykdom, og har betydning i medisinsk fisiologi og som prinsipp i tekniske membranprosesser.

Grahams lov viser at diffusjonsraten mellom to gasser ofte er omvendt proporsjonal med kvadratet av molekylvekten, noe som gjør lettere molekyler raskere diffunderende i samme medium. Gassdiffusjon er også viktig i membranseparasjon og luftkvalitetsmodellering.