diffusjonsdrivkraften

Diffusjonsdrivkraften, eller driving force for diffusjon, er et begrep som beskriver den thermodynamiske kraften som driver transport av molekyler eller ioner fra områder med høy til områder med lav kjemisk potensial. I praksis bestemmes diffusjonsdrivkraften av gradienten i kjemisk potensial, ofte omtalt som den elektrokjemiske potensialen for ladede arter. Den termodynamiske drivkraften er dermed gradene av μ_i, eller μ_i^el når elektriske felt tas med, og den gir opphav til diffusjon gjennom systemer som løsninger, gasser og faste materialer.

For en komponent i et flerkomponent-system kan den elektrokjemiske potensialen μ_i^el uttrykkes som μ_i^el = μ_i + z_i F φ, der μ_i er kjemisk potensial i fravær av elektrisk felt, z_i er ionets charge, F er Faradays konstant og φ er elektrisk potensial. Diffusjonsdrivkraften er dermed gradien av μ_i^el, og entropi-produksjonen er proporsjonal med J_i · grad(μ_i^el/T) i Onsagers formalisme, hvor J_i er fluxen av komponent i.

Under forenklede forhold, som en oppløsning uten elektriske felt og ved lave konsentrasjoner, kan μ_i ≈ μ_i^0 + RT ln a_i, noe som gir grad μ_i ≈ RT grad ln a_i. Dette fører til Ficks første lov: J_i = -D_i grad c_i, der D_i er diffusjonskoeffisienten og c_i konsentrasjonen. Dermed knytter diffusjonsdrivkraften seg direkte til observerbare diffusjonsfenomener.

Diffusjonsdrivkraften er sentral i analyser av masseoverføring i løsninger, membraner, materialer og elektrokjemiske systemer, og den varierer med temperatur, trykk, konsentrasjon eller elektrisk felt, som alle kan bidra til å endre kjemisk potensial og dermed drive diffusjon.