molekulaardiffusioon

Molekulaardiffusion er transport af molekyler eller atomer som følge af tilfældig termisk bevægelse, der udligner koncentrationer i væsker, gasser og i visse faste stoffer. Diffusion er en grundlæggende mekanisme for masseudveksling og spiller en central rolle i kemiske reaktioner, biologiske processer og miljømæssige fænomener.

Det grundlæggende princip er, at molekyler bevæger sig fra områder med høj til lavere koncentration. I et homogent, isotrop medium beskrives diffusionsfluxen af Ficks første lov: J = -D ∂C/∂x, hvor J er fluxen og D er diffusionkoefficienten. Ficks anden lov beskriver tidsudviklingen af koncentrationen: ∂C/∂t = D ∇^2 C. D afhænger af temperatur, mediernes viskositet og tæthed, molekylstørrelse og interaktioner med omgivelserne. I blandinger kan diffusion være selvdiffusion for identiske molekyler eller mutual diffusion mellem forskellige komponenter.

Diffusion kan være påvirket af struktur og tilstand. I porøse eller anisotrope medier og i faste stoffer er transporten ofte mere kompleks end i simple væsker, og retningen kan påvirkes af materialets mikrostruktur.

Måling og modellering af diffusion udføres gennem tracerstudier, NMR-diffusometri (Pulsed Field Gradient NMR), FRAP og andre eksperimentelle metoder. Diffusionskoefficienten D kan også beregnes fra teoretiske modeller og tilpasses til data i flerkomponent-systemer.

Anvendelserne spænder fra biologiske processer som gasudveksling og næringsstoftransport til kemisk blanding, miljø- og geokemi samt materialevidenskab, der undersøger diffusion i porøse medier og relaterede teknologiske applikationer.