Gradiente de concentración

Cuando las sustancias se mueven sin transporte mecánico, el gradiente de concentración actúa como fuerza motriz. Por ejemplo, para la difusión o la transferencia de calor.

También desempeñan un papel importante en la tecnología alimentaria y farmacéutica. Los productos instantáneos se disuelven rápidamente, ya que las estructuras porosas favorecen el transporte. Los comprimidos liberan principios activos por difusión a lo largo de un gradiente de concentración.

En la transferencia de masa, son la fuerza motriz de la difusión. Durante el secado, por ejemplo, el agua se difunde desde el interior de las partículas hacia el exterior. En el lavado de gases, las moléculas de gas migran hacia un disolvente. En la extracción, por ejemplo de cafeína de los granos de café, el transporte también tiene lugar a lo largo de un gradiente de concentración.

En la tecnología de separación, las diferencias de concentración son la fuerza motriz de muchos procesos. En los sistemas de membrana, como la ósmosis inversa o la diálisis, el material fluye a través de la membrana siguiendo un gradiente.

Los gradientes de concentración también desempeñan un papel impulsor en la tecnología medioambiental. Los contaminantes se desplazan por los suelos y los espacios porosos siguiendo sus gradientes de concentración. En las pilas de combustible, los gradientes determinan el transporte de reactivos y productos.

Un gradiente de concentración describe el cambio espacial en la concentración de una sustancia. Indica cuánto cambia la concentración c por unidad de longitud x.

Matemáticamente, se define como un vector diferenciado en función de la trayectoria.

dc/dx = ∇c = (∂x/∂c, ∂y/∂c, ∂z/∂c)

A la izquierda se muestra una posibilidad de representación vectorial bidimensional. La longitud de los vectores muestra el gradiente de concentración. La dirección de las flechas de los vectores indica la dirección de la difusión deseada en el lugar respectivo.