diffusiviteit

Diffusiviteit is een eigenschap die aangeeft hoe snel een stof zich verspreidt onder invloed van concentratieverschillen. Het beschrijft de snelheid van diffusie in een medium en hangt af van de stof, het medium en de temperatuur. In praktische termen bepaalt diffusiviteit hoe snel een stof van een hoog naar een laag concentratiegebied trekt.

In de fysische chemie wordt vaak de diffusiecoëfficiënt D gebruikt. De flux J van een stof volgt Fick’s eerste wet: J = -D ∇c. Bij variërende concentratie geldt Fick’s tweede wet: ∂c/∂t = ∇·(D ∇c). De eenheden zijn doorgaans m^2/s. D is een maat voor de snelheid van verspreiding per oppervlakte-eenheid per tijd.

Er bestaan verschillende typen diffusiviteit. Moleculaire diffusiviteit of self-diffusivity DS beschrijft de beweging van moleculen in dezelfde component. Interdiffusiviteit DM beschrijft massaoverdracht tussen meerdere componenten. In doorlatende media is er ook een effectieve diffusiviteit Deff, die rekening houdt met porositeit, tortuositeit en mogelijke anisotropie van de diffusie.

Factoren die diffusiviteit beïnvloeden zijn onder meer temperatuur, viscositeit en molekulaire grootte. Over het algemeen neemt D toe met temperatuur en af met hogere vloeistofviscositeit. In veel systemen volgt D een Arrhenius-achtige relatie met activeringsenergie Ea. De waarde van Deff kan aanzienlijk afwijken van DS of DM afhankelijk van de structuur van het medium.

Toepassingen omvatten scheidingstechnologie, katalyse, materialenkunde en milieutechnieken voor bestrijding van contaminanten. Meetmethoden omvatten tracerdiffusie-experimenten, NMR-diffusietelling en elektrochemische technieken.

Diffusiviteit verschilt van thermische diffusiviteit: alfa, wat de warmtevaart beschrijft via alfa = k/(ρ c_p).