dyfuzji

Dyfuzja to proces rozpraszania cząstek z regionu o wyższym stężeniu do regionu o niższym stężeniu, który zachodzi bez zewnętrznego pociągu ruchu. Napędza go przypadkowy ruch termiczny cząstek (Brownian motion), a wpływ na tempo ma różnica stężeń i właściwości ośrodka. W praktyce dyfuzja prowadzi do wyrównania stężeń w gazach, cieczach i ciałach stałych. Przykładem codziennego zjawiska jest roztarcie zapachu perfum w powietrzu.

Wśród ośrodków wyróżnia się dyfuzję w gazach, dyfuzję w cieczach i dyfuzję w ciałach stałych. W gazach i cieczach cząstki poruszają się swobodnie, co pozwala na szybsze mieszanie. W ciałach stałych dyfuzja często przebiega przez mechanizmy substytucji i wstawiania atomów (interstycje) lub poprzez defekty sieciowe, co zwykle jest znacznie wolniejsze. W kryształach mogą występować również dyfuzje zależne od granic ziaren.

Materiały opisujące dyfuzję często odwołują się do praw Ficka. Pierwsza zasada Ficka łączy strumień masy J z gradientem stężenia: J = -D grad C. Druga zasada opisuje czasową zmianę stężenia: ∂C/∂t = D ∇²C. Dalsze zależności obejmują zależność współczynnika dyfuzji D od temperatury i właściwości ośrodka, często opisane wzorem Arrheniusa.

Zastosowania dyfuzji obejmują inżynierię chemiczną i materiałową, dyfuzję w biologi (wymiana gazowa, transport substancji przez błony), filtrację, membrany i procesy oczyszczania oraz procesy stopowe w metalurgiach i półprzewodnikach. Jej ograniczeniem jest zwykle wolne tempo transportu na dużych odległościach, co czyni dyfuzję istotnym mechanizmem uzupełniającym inne formy transportu.