Difusión gaseosa
En la difusión de gases, las moléculas de gas se distribuyen automáticamente debido a su movimiento térmico. Las partículas migran de las zonas de mayor concentración a las de menor concentración hasta que se alcanza un equilibrio de concentración. Este proceso no requiere ningún flujo externo, sino que se basa únicamente en el movimiento constante y aleatorio de las partículas de gas.
En las mezclas de gases, la difusión provoca que los diferentes gases se mezclen entre sí, incluso si no hay convección macroscópica. La velocidad de difusión es mucho mayor en los gases que en los líquidos, ya que las distancias entre las partículas son mayores y las velocidades medias de las partículas son más altas. Además de los gradientes de concentración, los gradientes de temperatura y presión también pueden influir en los procesos de difusión.
Desde el punto de vista técnico, la difusión de gases desempeña un papel importante en muchos ámbitos, por ejemplo, en el intercambio de gases en los pulmones, en el paso de gases a través de medios porosos, en el secado, en procesos de membrana o en procesos de separación especiales, como el proceso de difusión de gases para la separación de isótopos. En la ingeniería de procesos, la difusión en gases se describe a menudo con las leyes generales de la difusión, mientras que en las mezclas multicomponentes se utilizan modelos como la difusión de Maxwell-Stefan.
La difusión de gases es un transporte de materia causado por un gradiente de concentración. No se produce ningún flujo macroscópico. La fuerza motriz es el gradiente de concentración. La densidad del flujo de materia es proporcional al gradiente. El signo menos en la fórmula indica el transporte en dirección a una concentración decreciente. La ley de Fick (estacionaria) dice lo siguiente:
J = - D · (dc/dx)
- J = densidad del flujo de materia
- D = Coeficiente de difusión
- c = concentración de sustancia
- x = coordenada local