Diffusion

Diffusion ist ein physikalischer Transportprozess, bei dem Atome, Moleküle oder Ionen infolge ihrer thermischen Bewegung Konzentrationsunterschiede ausgleichen. Die Teilchen bewegen sich dabei statistisch in alle Richtungen, netto aber von hoher zu niedriger Konzentration. Der resultierende Diffusionsfluss JJ lässt sich im einfachsten Fall mit dem 1. Fick’schen Gesetz beschreiben:

J= − D · dc/dx

• J steht für den Stofffluss
• D steht für den Diffusionskoeffizienten 
• dc/dx steht für den Konzentrationsgradienten. 

• das Minuszeichen zeigt an, dass der Fluss immer in Richtung abnehmender Konzentration gerichtet ist

   

D∝ T^(3/2) / (p · M^(1/2))

• D: Diffusionskoeffizient
• T: absolute Temperatur
• p: Druck
• M: (effektive) molare Masse der beteiligten Gase

Je höher die Temperatur und je geringer die Viskosität eines Mediums, desto größer ist der Diffusionskoeffizient DD und desto schneller verläuft der Konzentrationsausgleich. In Gasen und Flüssigkeiten ist DD deutlich größer als in Feststoffen; reine Feststoffdiffusion ist daher sehr langsam. In realen Feststoffen tragen oft in Poren enthaltene Fluide (z.B. Feuchtigkeit, Lösungsmittel) mit deutlich größeren Diffusionskoeffizienten wesentlich zum beobachteten Stofftransport bei.

In Pulvermischern dominiert beim eigentlichen Mischvorgang die mechanische Durchmischung, während Diffusion nur eine Nebenrolle spielt. Bei langer Lagerung von Pulvergemischen können Diffusionsprozesse – sowohl in festen Partikeln als auch in vorhandenen Fluidphasen – zusätzlich zur Homogenisierung beitragen oder durch Wasser‑, Aroma‑ oder Wirkstoffmigration die Produktqualität verändern.