difusioonist

Difusioon on aine ühtlase jaotumise protsess, mille käigus molekulid liiguvad juhusliku liikumise tõttu kontsentratsiooni gradienti suunas. Kõrgema kontsentratsiooniga piirkonnast madalama suunas liiguvad ained, kuni tekib tasakaal. Difusioon toimib gaasides, vedelikes ja tahketes ainetes ning on oluline mehhanism nii looduses kui tehnilises kontekstis.

Matemaatiliselt kirjeldavad difusiooni Fick'i seadused. Esimene seadus seob ainevoolu J kontsentratsiooni gradientiga J = - D ∇C, kus D on difusiooni koefitsient. Teine seadus ∂C/∂t = D ∇^2 C kirjeldab kontsentratsiooni muutumist ajas. D sõltub temperatuurist, keskkonnast ning molekuli suurusest; tavaliselt suureneb D kõrgel temperatuuril ja väiksema molekuliga. Gaasi difusiooni koefitsient on tavaliselt suurem kui vedelikes ning vedelikes suurem kui tahketes ainetes. Vedelikes võib D hinnata Stokes-Einaki valemiga D = kT/(6 π η r), kus η on viskoossus ja r mola suurus.

Diffusioon jaguneb peamiselt kaheks vormiks: molekulaarsed difusioon ja fasilitooritud difusioon. Molekulaarses difusioonis liiguvad ained läbi lahusena juhusliku Brown'i liikumise tõttu. Fasilitooritud difuusioonist vastutavad transportvalkud või kanalid membraanide kaudu; see mehhanism ei nõua energiakulutust, kuid võimaldab spetsiifiliste ainete läbipääsu. Osmoos, vee difusioon poolläbilaskva membraani kaudu, on difusiooniga tihedalt seotud ning oluline paljude biologiliste protsesside jaoks.

Difusiooni tähtsus ilmneb nii bioloogias kui tehnoloogias: gaasivahetus kopsudes, toitainete ja jäätmete transport rakumembraanidel ning materjaliteaduses lahustite leviku ja pooljuhtide dopimise kontrollimisel.