hajumuuttoa

Hajumuuttoa tarkoittaa aineen leviämistä pitoisuuseron tasoittamiseksi. Tämä ilmiö tunnetaan yleisesti diffuusion nimellä, ja sitä tapahtuu sekä nesteissä että kaasuissa sekä joissakin kiinteissä aineissa. Hajumuuttoa syntyy, kun molekyylit liikkuvat satunnaisesti ja siirtävät ainetta korkeamman pitoisuuden alueelta matalamman pitoisuuden alueelle, jolloin pitoisuuserot pienenevät ja lopulta tasapainotaan.

Perusperiaatteet: Fickin lait kuvaavat diffuusion kykyä siirtää ainetta. Ensimmäisen lain mukaan diffuusionvirta J on -D dC/dx, missä D on diffuusiokerroin. Toisen lain mukaan pitoisuus muuttuu ajassa seuraavasti: dC/dt = D d^2C/dx^2. D riippuu muun muassa lämpötilasta, väliaineen viskositeetista sekä molekyylin koosta ja rakenteesta.

Diffuusion tyypit: molekulaarinen diffuusio tapahtuu pienemmissä mittakaavoissa ja on pääasiassa lämpötilasta sekä molekyylikoosta riippuvainen. Turbulentti diffuositio tai osittainen turbulenssi voi puolestaan nopeuttaa sekoittumista suurissa mittakaavoissa, esimerkiksi ilmassa tai vesistöissä.

Sovellukset: diffuusiota käytetään ympäristötutkimuksissa päästöjen leviämisen mallintamiseen, lääke- ja elintarviketeollisuudessa sekä materiaalitutkimuksessa esimerkiksi dopanttien sekä epäpuhtauksien leviämisen kuvaamiseen. Diffuusion ilmiötä voidaan hallita muuttamalla lämpötilaa, viskositeettia ja aineen koko.

Mittaaminen ja historia: diffuusionkerrointa D voidaan arvioida kokeellisesti käyttämällä tracer-aineita ja pitoisuusprofiileja ajan funktiona. Hajumuuton teorian ja Fickin lakien perusteet kehitti 1800-luvulla Adolf Fick, ja ne muodostavat edelleen diffuusion käsitteen keskeiset perusmenetelmät.