Lämpödiffuosiolle

Lämpödiffuosiolle viitataan usein termodiffuusiona tai Soret-efektinä. Se on ilmiö, jossa lämpötilan gradientti aiheuttaa massan diffusoitumista tässä järjestelmässä, jolloin koostumus ei ole uniformi lämpötilan vaihteluiden mukaan. Lämpödiffuusio esiintyy erityisesti monikomponenttisissa seoksissa sekä nesteissä että kaasussa, ja sen vaikutus voi olla sekä hyödyllinen että haitallinen riippuen kontekstista.

Periaate ja matemaattinen kuvaus. Lämpögradientin aiheuttama massasäikeen virta voidaan kirjoittaa yleisesti: J_i = - Σ_j D_ij ∇c_j - D_T_i ∇T, jossa J_i on kohdassa i oleva massavirta, ∇c_j on konsentraatiogradientti, ∇T lämpötilagradientti, D_ij on monikomponenttisen diffuusion matriisi ja D_T_i on lämpödiffuusiokerroin. Yksinkertaisessa kaksikomponenttisessa järjestelmässä voi puhua J_A = - D ∇c_A - D_T ∇T, mikä havainnollistaa sekä perinteisen diffuusion että lämpögradientin korrelaation.

Ominaisuudet ja merkitys. Lämpödiffuusio on yleensä heikompi kuin tavallinen diffusio, erityisesti ideaalissa kaasuSEoksissa, mutta siihen vaikuttavat huomattavasti komponenttien ominaisuudet, kuten molekyylikoko ja vuorovaikutukset. Se voi johtaa sekä pitoisuuksien rikastumiseen lämpimämmässä että viileämmässä alueessa riippuen järjestelmästä. Ilmiötä tarkastellaan usein yhdessä Soret-efektin kanssa, kun tutkitaan geologisia prosesseja, kemiallisia erotusprosesseja sekä mikroskooppisia neste- ja polymeeriyhdisteitä.

Historia ja sovellukset. Soret-efekti on tutkittu jo 1800-luvulla, nimensä saanut Charles Soretin mukaan. Nykyisin lämpödiffuusiota käsitellään laajasti termodiffuusiona, joka kuuluu suvaitseviin cross-diffuusioilmiöihin ja liittyy Onsagerin palautusperiaatteisiin. Käytännön sovelluksia ovat esimerkiksi geokemialliset prosessit, erottelutekniikat, kolloidit ja mikrofluidiikka.