difusioonil

Difusioonil, eli diffuusio, on fyysinen prosessi, jossa aineen hiukkaset siirtyvät pitoisuuseron mukaan kohti tasaisempaa pitoisuutta. Siirtymää säätelee hiukkasten satunnainen terminen liike, eikä se yleensä vaadi ulkoista energiaa. Prosessi tapahtuu sekä nesteissä että kaasuissa ja joissain kiinteissä aineissa, ja se on tärkeä sekä luonnollisissa että teknisissä ilmiöissä.

Fysikaaliset kuvaukset pohjautuvat Fickin lakeihin. Ensimmäinen laki kuvaa aineen virran J siten, että J = -D ∇C, missä D on diffuusiokerroin ja ∇C on pitoisuusrivakaide. Toinen laki, ∂C/∂t = D ∇^2 C, kuvaa pitoisuuden ajallista muutosta. D riippuu lämpötilasta, väliaineesta sekä hiukkasen koosta ja muodosta; pienemmät molekyylit diffundoituvat nopeasti kuin suuremmat, ja korkeampi lämpötila yleensä lisää diffuusiota.

Diffuusion nopeuteen vaikuttavat ympäristötekijät voivat olla tilan mukaan suurempia kaasussa, pienempiä nesteessä ja usein hitaampia kiinteäaineissa. Prosessi on passiivinen, eikä se edellytä energiaa, vaan energia antaa suuntaa pitoisuusero. Tyypillisiä diffuusion muotoja ovat molekyylidiffuusio (ilman kuljetinta), helpotettu diffuusio (kanavien tai kuljettajien avulla solukalvon läpi) sekä pinnallinen diffuusio kiinteillä pinnoilla.

Sovelluksia on laajasti: biologisissa järjestelmissä hapen ja ravinteiden diffuusio keuhkoista kudoksiin sekä solujen sisällä, kemianteollisuudessa ja lääketieteessä lääkeaineiden saatavuus, sekä tekniikassa esimerkiksi diffuusion hyödyntäminen semikonduktoreissa dopingin ja materiaalien käsittelyssä. Historiaa hallitsi Adolf Fick, jonka lait muovasivat diffuosion ymmärrystä 1800-luvulla.