Lämpödiffuusio

Lämpödiffuusio, tunnettu myös Soretin ilmiönä, on massansiirto monokomponenttisessa seoksessa, joka syntyy lämpötilan gradientin vaikutuksesta. Kun seoksessa on ero lämpötilassa, komponentit voivat liikkua siten, että niiden konsentraatiot poikkeavat tasapainosta alueelta toiselle.

Matematiikassa ilmiö kuvataan virtoina J_i, jotka riippuvat sekä konsentration gradientista ∇c_i että lämpötilagradientista ∇T. Yleinen muoto on J_i = -D_i ∇c_i - D_{T,i} c_i ∇T. Soret-kerroin S_T,i = D_{T,i}/D_i kuvaa, kuinka voimakkaasti lämpögradientti vaikuttaa kyseisen komponentin jakautumiseen. Merkit voivat vaihdella: Soret-kerroin voi olla sekä positiivinen että negatiivinen riippuen aineesta ja olosuhteista.

Ilmiö esiintyy sekä nesteissä että kaasuissa ja kolloidisissa järjestelmissä. Se on usein pieni ilmiö tavallisissa liuoksissa, mutta voi olla merkittävä polymeeriliuoksissa, kolloidijärjestelmissä ja aerosolissa. Soret-kerroin antaa ohjeen siihen, mihin päätyyn aine kerrostuu lämpögradientin vallitessa.

Historiallisesti ilmiö havaittiin 19-luvun lopulla ja nimettiin Charles Soretin mukaan. Soretin ilmiön tutkimus on sen jälkeen laajentunut sekä kokeellisesti että teoreettisesti useisiin järjestelmiin ja sovelluksiin.

Merkitys ja sovellukset: Lämpödiffuusion ymmärtäminen on tärkeää kolloidien ja nanosysteemien tutkimuksessa, aerosolitekniikassa sekä mikrofluidiikassa, jossa lämpögradientit voivat ohjata partikkeleiden sijoittumista ja erottelua. Soret-efektiä hyödynnetään sekä kokeellisissa erottelu- ja analyysimenetelmissä että perusdiffuusion tutkimuksissa.