Permeabilitäten

Permeabilitäten bezeichnen die Eigenschaft von Barrieren oder Medien, das Durchtreten von Substanzen zu ermöglichen oder zu behindern. Sie werden als Koeffizienten beschrieben, die einen Transportfluss in Abhängigkeit von antreibenden Größen wie Konzentrationsgradienten, Druckgradienten oder chemischen Potenzialen proportionalisieren. Der Begriff wird in verschiedenen Fachrichtungen genutzt und variiert je nach Kontext in Definition und Maßeinheiten.

In porösen Medien und der Hydraulik beschreibt die hydraulische Permeabilität den Durchfluss von Fluiden durch ein Material. Sie ist eine Eigenschaft des Mediums und hängt von der Porengröße, der Netzwerkstruktur und den Eigenschaften der Flüssigkeit ab. Nach dem Darcy-Gesetz ist der durch das Medium fließende Volumenstrom proportional zum Druckgradienten; die Proportionalitätskonstante wird als Permeabilität bezeichnet. Praktisch wird sie in Einheiten wie Darcy oder Quadratmetern angegeben.

In der Membran- und Trenntechnik ergibt sich die Permeabilität eines gelösten Stoffs aus dem Diffusionskoeffizienten im Membranmaterial und der Löslichkeit, geteilt durch die Dicke der Membran. Der Transport durch eine Membran steigt mit höherer Diffusion und größerer Löslichkeit, sinkt jedoch mit zunehmender Dicke. Oft wird die Permeabilität in Barrer gemessen oder angegeben.

In biologischen Systemen weisen Zell- und Organmembranen eine selektive Permeabilität auf. Bestimmte Ionen und Moleküle treten leicht durch, andere werden reguliert oder aktiv transportiert. Transporte erfolgen durch einfache Diffusion, erleichterte Diffusion oder aktiven Transport, häufig über Proteinkanäle oder Carrier.

Zu beeinflussende Faktoren sind Temperatur, Druck, chemische Wechselwirkungen, Alter der Barriere und die Mikrostruktur. Messmethoden umfassen Diffusions- und Gravimetrie-Experimente sowie Darcy-basierte Durchflussmessungen. Typische Anwendungen finden sich in Bodenphysik, Erdöl- und Gasindustrie, Wasseraufbereitung, Dialyse und anderen medizinischen Technologien.