diffuutiota

Diffuusio on tilallinen prosessi, jossa aineiden molekyylit leviävät tilassa kohti tasaisempaa pitoisuutta. Kun pitoisuus on korkeammalla alueella ja matalammalla alueella, molekyylit siirtyvät kohti pienemmän pitoisuuden aluetta, jolloin pitoisuudet lopulta tasoittuvat. Diffuusio tapahtuu nesteissä, kaasussa sekä kiinteissä aineissa, ja sen nopeuteen vaikuttavat lämpötila, molekyylin koko ja muoto sekä väliaineen ominaisuudet.

Diffuusion perusmekanismi pohjautuu molekyylien satunnaiseen Brownin liikkeeseen. Törmäykset toisten molekyylien kanssa kääntävät suuntia ja johtavat nettoaallokkoon kohti suuremman pitoisuuden gradientin vastakohtaa. Pitoisuuspainuma on difuusion ajuri: suurempi ero pitoisuuksissa tarkoittaa voimakkaampaa diffuusiovirtaa.

Fickin lait kuvaavat diffuusion matemaattisesti. Ensimmäinen lain sanelee, että diffuusiovirta J on verrannollinen pitoisuuseron gradienttiin: J = -D ∂C/∂x, missä D on diffuusiokerroin. Toinen laki ∂C/∂t = D ∂^2 C/∂x^2 kuvaa, miten pitoisuus muuttuu ajassa diffuusionsäde D huomioiden. Suurempi D-arvo tarkoittaa nopeampaa diffuusiota.

Diffuusion tyypit ovat molekyylidiffuusio, kaasudiffuusio ja helpotettu diffuusio, jossa kulku tapahtuu läpi biologisten tai teknisten rakenteiden, kuten solukalvojen transportterien kautta. Diffuusio on passiivinen prosessi, joka ei vaadi energiantuotantoa; se erotetaan aktiivisesta kuljetuksesta, joka vaatii energiaa.

Käytännön merkitys on moninainen: biologisissa prosesseissa kaasujen vaihtuminen keuhkoissa, solukalvon aineiden siirto sekä teollisuudessa ja ympäristötieteissä. Diffuusion ymmärtäminen auttaa esimerkiksi lääkeannosten vapautumisen mallintamisessa sekä materiaalien ja ilmavuotojen hallinnassa.