molekyldiffusion

Molekyldiffusion är en spontan process där molekyler eller atomer sprider sig från områden med högre koncentration till områden med lägre koncentration. Drivkraften är termisk rörelse, vilket gör att spridningen fortgår tills jämvikt uppnås utan yttre energi.

Principer och lagar: Diffusionen kan beskrivas av Ficks första lag: J = -D dC/dx, där J är flödet av molekyler per ytenhet, D är diffusionstal och dC/dx är koncentrationsgradienten. Ficks andra lag, ∂C/∂t = D ∂^2C/∂x^2, beskriver hur koncentrationen förändras över tid vid konstant D.

Diffusionstalet D beror på temperatur, medium, molekylstorlek och vätskans viskositet. Generellt ökar D med högre temperatur och minskar vid större viskositet eller längre molekyler. För små, runda partiklar i vätska kan man använda Stokes–Einstein-ekvationen: D = k_B T / (6 π η r).

Jämfört med gaser är diffusion i vätskor och fasta medier oftast långsammare. Brownsk rörelse driver mikroskopisk diffusion. Vid gränsytor, membran eller porösa medier uppträder hinder och anisotropi som påverkar spridningen.

Tillämpningar och exempel: diffusionen är central inom biologi och medicin (gasutbyte i lungor, transport av näringsämnen och avfallsprodukter över cellmembran), kemi- och processindustri (spridning av ämnen i tunna lager, blandning), miljövetenskap (diffusion av föroreningar i vatten). Exempel: parfym i luft sprids genom diffusion; färg som sprider sig i vatten; diffusion över lipidmembran i celler.