diffusjonsfenomener

Diffusjonsfenomener beskriver transport av partikler, atomer eller molekyler fra områder med høy konsentrasjon til områder med lav konsentrasjon som følge av termisk bevegelse. Fenomenet er grunnleggende innen fysikk, kjemi, biologi og materialvitenskap og opptrer i gasser, væsker og faste stoffer. Diffusjon skjer spontant uten ytre arbeid og påvirkes av temperatur, trykk og mediets struktur og egenskaper.

Den teoretiske beskrivelsen bygger på Fick’s lover. Første lov sier at fluksen J (antall partikler per areal per tid) er proporsjonal med gradienten i konsentrasjonen: J = -D dc/dx. D er diffusjonskoeffisienten. Andre lov beskriver tidsutviklingen av konsentrasjonen: ∂c/∂t = D ∂^2 c/∂x^2. D avhenger av temperatur, mediumets viskositet, molekylstørrelse og porøsitet. Generelt er D høyere i gasser og væsker enn i faste stoffer; økende temperatur øker molekylbevegelsen og dermed D.

Diffusjon opptrer i flere former og sammenhenger. Molekylær diffusjon forekommer i gasser og væsker; i faste stoffer skjer diffusjon ofte via vakans- eller interstitialhindringer, og kan være hindered av struktur og porøsitet. I biologiske systemer skiller man mellom passiv diffusjon og fasilitert diffusjon gjennom membraners porer eller bærere. Aktiv transport er ikke diffusjon, men en egen prosess som krever energi.

Anvendelser omfatter materialvitenskap (utjevning av sammensetning, sintering), miljøvitenskap (spredning av forurensninger) og farmasi (frigivelse av legemidler). Diffusjonsfenomener kan modelleres matematisk for å forutsi transport og blanding i natur og industri.