diffusiviteetin

Diffusiviteetti on fyysinen suure, joka kuvaa sitä, kuinka nopeasti aineleviä tai molekyylit leviävät tilassa pitoisuutteen gradientin vaikutuksesta. Yleisesti se merkitään D:llä. Diffusiviteetti riippuu sekä aineesta että ympäristöstä ja on erilaista kaasussa, nesteessä ja kiinteässä aineessa.

Fickin lait ovat diffuusion perustuskäytäntöjä. Ensimmäinen laki ilmaisee, että hajsotinen diffuusiovuoto J on suuntautunut pitoisuushajonnan eli gradientin vastaisesti: J = -D ∇C. Toisen lain mukaan aikakehityksen muutos pitoisuudessa on D:n mukainen: ∂C/∂t = D ∇^2 C, kun D on riippumaton tilasta. Näillä laeilla määritellään diffuusion tilavetävy ja massasiirto.

Diffusiviteetti on tyypillisesti suurempi kaasussa kuin nesteissä ja pienempää suurille molekyyleille kuin pienille. Esimerkiksi pienet molekyylit kaasussa voivat diffundoitua noin 10^-5 m^2/s luokkaa, nesteissä suurempia arvoja voi esiintyä erityisesti matalissa viskositeeteissa. Temperatuurin noustessa diffusiviteetti yleensä kasvaa, kun molekyylien liikettä lisätään. Nesteissä Stokes-Einsteinin lain avulla voidaan arvioida D, kun tiedetään hiukkasen koko ja liuottajajärven viskositeetti, mutta se on sovellettavissa rajallisesti.

Diffuusiota voivat vaikuttaa sekä molekulaarinen diffusio että turbulenssissa syntyvä eddy-diffuusio. Lopullinen tehokkuus on usein D_eff = D_molek. + D_eddy. Diffusiviteettia mitataan eri menetelmillä, kuten NMR:n pulsed-field gradient -tekniikalla, radiotracer-menetelmillä ja Taylorin dispersion -menetelmällä.

Diffusiviteetti on keskeinen käsite kemian, materiaalitieteen, biologia ja geotieteen aloilla, koska se määrittää, miten aineet sekoittuvat ja siirtyvät tilassa.