diffuusioreaktioihin

Diffuusioreaktiot ovat kemiallisia reaktioita, joissa reaktionopeus määräytyy pääasiassa molekyylien diffuusionopeuksien vuoksi niille mahdollisen törmäyksen aikaan. Toisin kuin aktivaatiorajoitteiset reaktiot, joissa nopeus on kiinni reaktion energiakäyrästä, diffuusionrajoitetussa tapauksessa kyse on siitä, kuinka nopeasti reagoivat osat kantautuvat toistensa läheisyyteen ja voivat muodostaa lopullisen tuotteen.

Teoreettinen perusta perustuu diffuusion törmäysten mallintamiseen. Yleisessä Smoluchowskin kuvauksessa rajanopeus voidaan ilmentää suurin piirtein kaavalla k_diff = 4π(D_A + D_B)R, jossa D_A ja D_B ovat avainsosien diffuusiomaisia koeffisientteja ja R on effective törmäysenkäymä raja. Diffuusiokertoimet puolestaan riippuvat lämpötilasta, viskositeetista ja molekyylien koosta Stokes-Einstein -laskukaavalla D = k_B T / (6π η r). Yleensä pienet molekyylit ja matalat viskositeetit johtavat suurempiin diffuusionopeuksiin ja korkeampaan rajanopeuteen, joka voi olla noin 10^9–10^10 M^-1 s^-1 pienissä liuoksissa.

Esimerkkejä diffuusioreaktioista ovat monet pienmolekyylien reaktiot vesiliuoksissa sekä joidenkin entsyymien katalysoimat prosessit, joissa törmäysten määrä on rajavaikuttava tekijä. Diffuusion vaikutus on usein havaittavissa, kun reaktioastia pienenee suuresti tai viskositeetti nousee, jolloin reaktioita voidaan hidastaa tai nopeuttaa muokkaamalla ympäristöolosuhteita.

Käytännössä diffuusioreaktioiden tunteminen auttaa suunnittelemaan kedriin reaktoreita ja katalyysijärjestelmiä sekä tulkitsemaan biokemiallisia prosesseja, joissa törmäysten voimakkuus ja aineiden kulkeutuminen ovat ratkaisevia.