diffüsiyon

Diffusioon on protsess, mille käigus osakesed liiguvad kõrgema kontsentratsiooni piirkonnast madalama poole juhusliku termilise liikumise tõttu. See on oluline massiülekande mehhanism gaasides, vedelikes ja tahkestes ning realiseerub nii looduses kui tehnilistes süsteemides.

Diffusiooni kirjeldamiseks kasutatakse tavaliselt Ficki seadusi. Esimene Ficki seadus näitab, et ainevool J on võrratud kui difusioonikoefitsient D korrutatud kontsentratsioonigradientiga: J = -D (dC/dx). Teine seadus kirjeldab kontsentratsiooni muutumist ajas: ∂C/∂t = D ∂²C/∂x². D sõltub temperatuurist, keskkonnast ja osakeste suurusest; tavaliselt suureneb D temperatuuriga ning väiksema massiga osakesed difundeeruvad kiiremalt. Gaasides difusioon on tavaliselt kiirem kui vedelikes.

Diffusiooni määr sõltub mitmetest teguritest: temperatuurist, kontsentratsioonigradientist, lahuse viskoossusest, ruumalajatisest ja osakeste suurusest. Lihtsustatult öeldes: suurem temperatuur ja väiksemad osakesed soodustavad difusiooni; paks viskoosne keskkond või pikk difusioonitee aeglustavad seda.

Diffusiooni tüüpe on mitu. Molekulaardiffusioon on passiivne protsess, mille käigus ained liiguvad läbi keskkonna ilma energiaallikaid kasutamata. Facilitatsioonidiffusioon on kandja- või kanalipõhine ja samuti passiivne, kuid vajab spetsiaalseid struktuure membraanidel. Aatomiline difusioon esineb tahketes ainetes ning on tavaliselt palju aeglasem kui molekulaarne difusioon.

Rakenduste hulgas on difusioon kriitiline kopsudes gaaside vahetuses, kudedes toitainete transportimisel ning paljudes tööstusprotsessides, sealhulgas kromatograafias ja materjalide töötlemisel. Diffusioon ja konvektsioon on massiülekande kaks peamist mehhanismi, mille vahel figuuride mõju sõltub süsteemist.