diffusionlimitierten

Diffusionlimitiert (englisch diffusion-limited) bezeichnet in der Chemie, Biologie und verwandten Bereichen einen Prozess, dessen Geschwindigkeit überwiegend durch die Diffusion der beteiligten Teilchen zu den aktiven Stellen bestimmt wird. Die eigentliche chemische oder physikalische Umwandlung läuft demnach schneller ab, als neue Teilchen an den Reaktionsort gelangen können. In der Literatur findet sich oft auch der Ausdruck diffusion-controlled.

Kernprinzip ist der Transportmitten der Diffusion als Engpass. Wenn Konzentrationen der Reaktanten in der Nähe von Oberflächen oder Reaktionszentren rasch durch Reaktionen abgeführt werden, muss die Anlieferung durch Diffusion nachgeliefert werden. Unter solchen Bedingungen steigt die Reaktionsrate mit dem Diffusionskoeffizienten und mit der Geometrie des Systems, während potenzielle Aktivierungsbarrieren der Reaktion selbst weniger ausschlaggebend sind.

Anwendungsgebiete und Beispiele

- Lösungskinetik: Reaktionen zwischen gelösten Spezies, bei denen der Transport zum Reaktionszentrum limitierend ist.

- Elektrochemie: diffusionlimitiert ist oft die maximale Stromdichte, wenn die Konzentration eines Reaktanten an der Elektrodenoberfläche nahezu ausgezehrt wird.

- Material- und Oberflächenchemie: Diffusionslimitiert wachsende Strukturen, z. B. bei diffusion-limited aggregation.

- Biophysik: Diffusion von Nährstoffen oder Sauerstoff zu Zellen kann unter bestimmten Bedingungen limitiert sein.

Modelle und Messung

- Die Diffusion wird durch Fick'sche Gesetze beschrieben; der Massentransport bestimmt die Grenzgeschwindigkeit des Prozesses.

- Praktische Kennzahlen sind der diffusionslimitierte Fluss oder die diffusionslimitierte Stromdichte; in der Elektrochemie lassen sich daraus Maximalströme (Limiting Current) ableiten.

- Diffusionslimitiert steht im Gegensatz zu reaktionslimitierten Prozessen, bei denen die tempobestimmende Schritt die chemische Umwandlung selbst ist.

Siehe auch: Diffusionslimitiertheit, Diffusion, Diffusionsgleichungen.