diffuusiomekanismeista

Diffuusiomekanismeista viittaa siihen, miten aineet liikkuvat ja sekoittuvat pitoisuuserojen ohjaamina. Diffuusio perustuu molekyylien satunnaiseen liikkeeseen, ja sen määrää diffuusionkertoimella D. Fickin ensimmäinen laki liittää diffuusionvirran J pitoisuuskulun gradienttiin, J = -D dC/dx, ja toinen laki kuvaa pitoisuusmuutoksen ajassa ∂C/∂t = D ∂^2C/∂x^2.

Molekulaarinen diffuusio tapahtuu pääasiassa nesteissä ja kaasuissa, jolloin molekyylit liikkuvat suoraan pitoisuusgradientin mukaan. Osmoosi on veden diffuusiota puoliläpäisevän kalvon läpi. Fasilitoitu diffuusio mahdollistaa aineiden kulun without energiaa kuljetusproteiinien tai kanavien välityksellä, mikä auttaa suuria tai polaarisia molekyylejä siirtymään kalvon läpi.

Kiinteissä aineissa diffuusio etenee tyypillisesti kahdella päämekanismilla: aukko-diffuusio (vacancy diffusion), jossa atomit siirtyvät rakenteen aukkoihin, sekä väli- eli interstitiaalidiffuusio, jossa pienemmät atomit kulkevat atomien väleissä. Näiden lisäksi diffuusiota edistävät defektit, rakeRajat ja muut mikrorakenteen piirteet. Diffuusionopeuteen vaikuttavat lämpötila, molekyylin koko, ympäristön viskositeetti ja pitoisuusgradientin suuruus; D noudattaa usein Arrheniusta: D = D0 exp(-Q/(RT)).

Diffuosiolla on keskeinen rooli sekä biologisessa ilmiöissä että materiaalitieteessä: se mahdollistaa esimerkiksi kaasujen vaihtamisen keuhkoissa, ravinteiden ja jätteiden siirtymisen kudoksissa sekä materiaalien homogenoinnin ja kestävyyden hallinnan.