Wasserdiffusion

Wasserdiffusion bezeichnet die spontane räumliche Verbreitung von Wassermolekülen durch ein Medium, hervorgerufen durch Unterschiede im Wasser- bzw. Solutenkonzentrationspotenzial. In reinen Flüssigkeiten beträgt die Diffusion der Wassermoleküle selbst (Self-Diffusion) etwa 2–3 × 10^-9 m^2/s bei Raumtemperatur; in Lösungen unterscheiden sich die Diffusionskoeffizienten je nach Temperatur, Viskosität und Wechselwirkung mit gelösten Teilchen.

Grundsätzlich gilt nach Fick: Der Fluss des Wassers ist proportional zum negativen Gradienten der Konzentration, J = -D ∇c, und die zeitliche Änderung der Konzentration folgt ∂c/∂t = D ∇^2 c. Der Diffusionskoeffizient D hängt stark von Temperatur und Viskosität ab und kann durch die Stokes-Einstein-Beziehung abgeschätzt werden.

In biologischen Systemen erfolgt Wassertransport oft durch Osmose, eine Diffusionsform über semipermeable Membranen, angetrieben durch Unterschiede im osmotischen Druck. In porösen Medien wie Böden oder Geosphären wird Diffusion durch Strukturgrößen beeinflusst; der effektive Diffusionskoeffizient De berücksichtigt Porosität, Tortuosität und Hindernisse.

Wasserdiffusion hat zahlreiche Anwendungen, etwa beim Transport in Geweben, in der Umweltchemie (Diffusion von Wasser in Böden, Grundwasserbewegung), in der Lebensmittel- und Membrantechnik sowie in der Desalination- und Biotechnologie. Die Diffusion ist im Vergleich zu advektiven Transportprozessen oft langsamer, dominiert aber in stillen oder kleinen Skalen.