diffusjonskomponenter

Diffusjonskomponenter er de enkelte stoffene i en blanding som deltar i diffusjon. I gasser, væsker og faste materialer kan flere komponenter diffundere samtidig, og hver komponent har sin egen diffusjonskoeffisient og oppfører seg under påvirkning av konsentrasjons-, temperatur- og trykkgradienter.

I et en-komponent-system følger man ofte Ficks første og andre lov, som gir forholdet mellom masstrøm og konsentrasjonsgradient: J_i = -D_i ∂c_i/∂x. I multikomponent-systemer er fluxene imidlertid koblet gjennom interaksjoner mellom komponentene. Maxwell-Stefan-ligningene gir en mer generisk beskrivelse av forholdet mellom molarfluxene og gradientene av kjemisk potensial, og inkluderer diffusjonskoeffisienter mellom hvert par av komponenter (ofte betegnet Û_ij eller D_ij).

Diffusjonskoeffisientene deles ofte i selvdiffusjon (D_ii) og mutual diffusion (D_ij for i ≠ j). De er vanligvis temperatur- og sammensetningsavhengige og kan være anisotrope i faste materialer. Koeffisientene måles ofte eksperimentelt ved tracer-diffusjon, interdiffusjon eller andre teknikker, og data publiseres i databaser for ulike systemer.

Anvendelser av diffusjonskomponenter spenner over prosess- og kjemisk industri, miljøteknikk, batterier og elektrolyttteknologi, membran- og materialsforskning, samt semikonductor-doping. For nøyaktige prediksjoner er det viktig å velge riktig modell for multikomponentdiffusjon og å bruke korrekte koeffisienter som tar høyde for temperatur og sammensetning.

Eksempelvis i en binær gassblanding (A–B) beskrives mutual diffusion av A gjennom B av D_AB; i polymermembraner kan diffusjon av gass brukt for separasjon være sterkt påvirket av temperatur og polymerens struktur, noe som endrer D_AB og permeasjonen.