diffusiebeperkingen

Diffusiebeperkingen verwijzen naar belemmeringen op de snelheid waarmee moleculen diffunderen door een medium. Diffusie is een passief transportproces waarbij deeltjes zich verplaatsen van een gebied met hogere concentratie naar een gebied met lagere concentratie. De snelheid van diffusie hangt af van de diffusiecoëfficiënt (D), de grootte van de moleculen, de temperatuur en de viskositeit van het medium, evenals de structuur van het medium, zoals porositeit en tortuosity (de ingewikkelde koers die de difunderen moleculen moeten afleggen in een poreus netwerk).

In de praktijk bepalen factoren als molecuulgrootte, interacties met het medium en de aanwezigheid van grenzen of barrières of diffusie schaarse of beperkende zones creëren. Volgens de wetten van Fick is de flux evenredig aan de concentratiegradiënt en de diffusiecoëfficiënt. In porieus materiaal kan de effectieve diffusiecoëfficiënt De worden uitgedrukt als De = D × (ε/τ), waarbij ε de porositeit is en τ de tortuosity.

Veelvoorkomende oorzaken van diffusiebeperkingen zijn hoge viscositeit, waaraan diffusie door waterige oplossingen vertraagt; grote moleculen die moeilijk door smalle poriën passen; bindingsinteracties met het medium; en grenslagen bij interfaces zoals membranen, cellen of scheidingsoplossingen. Diffusiebeperkingen kunnen leiden tot traag transport, concentratiegradiënten en diffusions-limited reacties.

Toepassingen van diffusiebeperkingen komen voor in biologie, farmacie, milieuwetenschappen en materiaalwetenschap, bijvoorbeeld bij diffusieregeling in membranen, geneesmiddelenafgifte van polymeren en verspreiding van verontreinigingen in grondwater. Hiertoe worden vaak maatregelen genomen om diffusie te verbeteren of juist te beheersen, zoals aanpassing van temperatuur, porositeit, of molecuulgrootte.