diffuusiokertoimia

Diffuusiokertoimet (diffuusiokertoimet, englanniksi diffusion coefficients) ovat suureita, jotka kuvaavat, kuinka nopeasti aine diffundoituu ympäristöönsä. Fickin lain yhteydessä ne määrittävät massan tai molekyylien siirtymisen konsentraatiogradientin vaikutuksesta. Yleisimmät muotoiset riippuvuudet ovat Fickin ensimmäinen laki J = -D ∂c/∂x ja second law, diffuusion yhtälö, joka kuvaa tilan ajan muutosta.

Diffuusiokertoimet voidaan luokitella eri diffuosiotyypeihin: molekulaarinen diffuusio (aineet leviävät liikkuvien molekyylien ansiosta), itse-diffuusio (tutkijan kokeellinen hajonta samanlaisten molekyylien kesken) sekä interdiffuusio (ainematriinien välinen sekoittuminen). Diffuusio tapahtuu kaasussa, nesteessä ja kiinteissä aineissa, ja nopeus riippuu sekä aineesta että ympäristöstä.

Yksikkö ja suuruusluokat: diffuusiokertoimen yksikkö on neliömetriä per sekundti (m^2/s). Yleisesti kaasujen diffuusiokertoimet ilmassa ovat noin 10^-5 m^2/s, nesteissä noin 10^-9–10^-12 m^2/s, ja kiinteissä aineissa huomattavasti pienempiä, usein 10^-20–10^-14 m^2/s riippuen materiaalista ja lämpötilasta.

Lämpötila ja paine vaikuttavat voimakkaasti D-arvoon. Yleensä D kasvaa lämpötilan noustessa. Tämä ilmenee Arrhenius- tai Boltzmann-lakisessa muodossa D = D0 exp(-Ea/(RT)).

Mittaaminen tapahtuu esim. tracer-kokeilla, PFG-NMR-diffusometrialla, impedanssispektroskopialla sekä diffuusion tapauksissa käytetyillä seinä- ja kalvolisäysmenetelmillä. Diffuusiokertoimet ovat keskeisiä materiaalitekniikassa, ympäristötieteissä sekä energia-alan sovelluksissa.