Diffusie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

Diffusie is een proces ten gevolge van de willekeurige beweging van deeltjes. Deze willekeurige beweging is het gevolg van de kinetische energie die deeltjes bezitten. Bij verschillen in concentratie leidt diffusie tot een netto verplaatsing van deeltjes van plaatsen met een hoge concentratie naar plaatsen met een lage concentratie^[1].

Inhoud

1 Factoren die diffusie beïnvloeden
2 Gemiddelde kwadratische verplaatsing en de diffusiecoëfficient
3 Concentratiegradiënten en de wet van Fick
4 Voorbeelden van diffusie
5 Andere betekenissen van diffusie
6 Referenties
7 Externe link

[bewerk] Factoren die diffusie beïnvloeden

De hoeveelheid beweging die een deeltje per tijdseenheid kan uitvoeren hangt af van diverse factoren. Een hogere temperatuur zal er voor zorgen dat een deeltje meer kinetische energie krijgt, en dus sneller diffundeert. Ook de grootte van een deeltje is van belang: een klein ion diffundeert in een oplossing veel sneller dan een eiwit. Verder is de hoeveelheid wrijving die een deeltje ontmoet een belangrijke factor: een hogere viscositeit verlaagt de diffusiesnelheid.

Belangrijk is ook de aggregatietoestand van een stof: in een gas verloopt diffusie veel sneller dan in een vloeistof. In een kristalrooster zijn de bewegingsmogelijkheden voor een deeltje beperkt.

[bewerk] Gemiddelde kwadratische verplaatsing en de diffusiecoëfficient

Om kwantitatief iets te kunnen zeggen over diffusie, moet er een grootheid gedefinieerd worden voor de snelheid waarmee deeltjes diffunderen. Het is niet zinvol om deze diffusiesnelheid te definieren in m⋅s⁻¹. Immers, bij willekeurige beweging bewegen de deeltjes alle kanten op, zodat de gemiddelde verplaatsing (bijna) gelijk is aan 0. Daarom wordt gekeken naar het gemiddelde van de kwadraten van alle verplaatsingen. Dit levert een bruikbare eenheid op, die de gemiddelde kwadratische verplaatsing (Engels: mean square displacement) wordt genoemd. Deze neemt lineair toe met de tijd: hoe meer tijd er verstrijkt, hoe verder de deeltjes kunnen bewegen. Op grond hiervan kan een constante, namelijk de diffusiecoëfficient worden gedefinieerd. Deze diffusiecoëfficient wordt afgekort als D en heeft als eenheid m²⋅s⁻¹. Het is dus de gemiddelde kwadratische verplaatsing per tijdseenheid.

[bewerk] Concentratiegradiënten en de wet van Fick

Wanneer er in een systeem sprake is van een verschil in concentratie, is er door diffusie een netto flux (verplaatsing van deeltjes) is in de richting van de laagste concentratie. Bij een concentratiegradiënt wordt daarom de diffusiecoëfficient gebruikt in de wet van Fick. De wet van Fick vertelt dat een grotere diffusiecoëfficient en een scherpere concentratiegradiënt leiden tot een grotere flux. De flux kan omschreven worden als het netto aantal deeltjes dat per tijdseenheid een bepaald oppervlak passeert.

[bewerk] Voorbeelden van diffusie

Diffusie treedt vaak op in combinatie met andere vormen van stoftransport, zoals actieve menging, in de verftechnologie dispersie genoemd, en convectie.

Voorbeelden van diffusie zijn:

Een druppel kleurstof in water die zich in de loop van de tijd verspreidt, waardoor alle vloeistof na verloop van tijd dezelfde kleur heeft (door verschil in dichtheid speelt convectie hier meestal ook een belangrijke rol in)
Voedingsstoffen die vanuit de darm door de darmwand in het bloed komen.
Zuurstof die vanuit de ingeademende lucht in de longblaasjes naar het bloed gaat en koolstofdioxide dat in de andere richting gaat.
Lichtere isotopen van uraniumhexafluoride (²³⁵U) gaan sneller doorheen een hindernis dan zwaardere isotopen (²³⁸U). Vroeger was dit een veel gebruikte methode om uranium te verrijken.

Verschillende biologische systemen en technische toepassingen maken gebruik van diffusie. Een materiaalkundige toepassing van diffusie is bijvoorbeeld het diffusielassen.

[bewerk] Andere betekenissen van diffusie

Niet alleen bij materie wordt soms gesproken van diffusie:

Diffusie van warmte heet warmtegeleiding;
Diffusie van elektrische lading is een van de oorzaken van elektrische geleiding; diffusie van positieve en negatieve ladingdragers spelen een belangrijke rol in halfgeleidertechnologie;
Geluidsdiffusie, zie Diffusiteit (muziek)