diffuusioprinsiippiin

Diffuusioprinsippi on periaate, jonka mukaan molekyylit tai hiukkaset liikkuvat pitoisuuseron synnyttämästä gradientista kohti pienempää pitoisuutta. Käytännössä tämä tarkoittaa, että aineet pyrkivät tasoittamaan pitoisuutensa ajan mittaan. Perusmalli pohjautuu Fickin lakeihin, jotka kuvaavat diffuusion virran ja ainemäärän muutoksen suhteessa gradientteihin.

Fickin ensimmäinen laki määrittelee diffuusion virtauksen J siten, että J = -D ∇C, missä D on diffuusion vakio ja ∇C pitoisuuseron avaruudellinen gradientti. Fickin toinen laki kuvaa pitoisuuden ajallista muutosta: ∂C/∂t = D ∇^2 C. Näiden lakien avulla voidaan mallintaa kuinka aineet leviävät esimerkiksi nesteissä, kaasuissa ja kiinteissä medioissa.

D:n arvo riippuu useista tekijöistä, kuten lämpötilasta, molekyylin koosta ja liuottimen ominaisuuksista sekä ympäristön viskositeetista. Diffuusiota voidaan tarkastella sekä yksinkertaisina että monimutkaisina ilmiöinä: anisotrooppina diffuusiona, poro- ja monikerroksisissa medioissa, sekä reaktio-diffuusioilmiöinä, joissa diffuusion lisäksi tapahtuu kemiallisia reaktioita.

Diffuusioprinsippiin liittyy myös poikkeuksellisia ilmiöitä, kuten anomalinen diffuusio ja diffuusio reaktiojärjestelmissä. Lisäksi huomioidaan advektio eli konvektio, jolloin aineen kulku saa lisävoimaa nesteen tai kaasun kokonaisvirrasta. Prinsiippi on keskeinen monilla aloilla, kuten biologiassa solukalvojen läpäisyssä, ympäristötieteissä, materiaalitekniikassa ja kemianteollisuudessa.