diffusionkontrollierte

Diffusionkontrollierte Prozesse sind solche, bei denen die Geschwindigkeit des Mengentransports durch Diffusion der reagierenden Spezies bestimmt wird. Im Gegensatz zu reaktionskontrollierten Prozessen, bei denen die chemische Reaktionskinetik die Rate vorgibt, begrenzt die Diffusion die Rate, weil Teilchen durch das Medium zu einer Reaktionsstelle transportiert werden müssen. Diffusion folgt den Fick'schen Gesetzen, und in vielen Systemen bildet sich eine Diffusionsschicht aus, deren Dicke die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflusst.

Die Transportrate hängt von Diffusionskoeffizienten, Konzentrationsgefällen und der Diffusionslänge ab. In der Praxis zeigt sich eine Grenzflussrate, die oft unabhängig von der Reaktionskinetik ist. In der Elektrochemie führt beispielsweise die Diffusion der Reaktanten zur Elektrode zu einem limitierten Strom; in der Biologie bestimmt die Sauerstoffdiffusion in Geweben die Zellenaktivität. Typische Beziehungen werden durch Formeln wie der Fluss J = -D dC/dx ausgedrückt; in bestimmten Grenzfällen kann der Grenzstrom i_lim ∝ D·ΔC/δ gelten. Komplexere Systeme verwenden detaillierte Diffusionsmodelle.

Anwendungsbereiche reichen von Katalyse, Beschichtungen und Brennstoffzellen bis hin zu Umweltprozessen, in denen Diffusion in porösen Materialien den Transport prägt. Das Verständnis diffusionkontrollierter Prozesse ist entscheidend für die Charakterisierung von Reaktionssystemen, die Planung von Experimenten und die Modellierung von Phasen- und Transportprozessen.