Diffusione del gas

Nella diffusione dei gas, le molecole di gas si distribuiscono spontaneamente a causa del loro moto termico. Le particelle si spostano da regioni a concentrazione più elevata verso regioni a concentrazione più bassa, fino a quando si raggiunge un equilibrio di concentrazione. Questo processo non richiede alcun flusso esterno, ma si basa unicamente sul movimento continuo e casuale delle particelle di gas.

Nei miscugli gassosi la diffusione fa sì che i diversi gas si mescolino tra loro, anche quando non è presente una convezione macroscopica. La velocità di diffusione nei gas è nettamente più elevata che nei liquidi, poiché le distanze tra le particelle sono maggiori e le velocità medie delle particelle più alte. Oltre ai gradienti di concentrazione, anche i gradienti di temperatura e di pressione possono influenzare i processi diffusivi.

Dal punto di vista tecnico, la diffusione dei gas svolge un ruolo in molti ambiti, ad esempio nello scambio di gas nei polmoni, nel passaggio dei gas attraverso mezzi porosi, nell’essiccazione, nei processi a membrana o in specifici metodi di separazione come il procedimento di diffusione gassosa per la separazione degli isotopi. Nell’ingegneria di processo la diffusione nei gas è spesso descritta dalle leggi generali della diffusione, mentre nelle miscele multicomponente si impiegano modelli come la diffusione di Maxwell-Stefan.

La diffusione dei gas è un trasporto di materia causato da un gradiente di concentrazione. Non si verifica alcun flusso macroscopico. La forza motrice è il gradiente di concentrazione. La densità di flusso di materia è proporzionale al gradiente. Il segno meno nella formula indica il trasporto in direzione della diminuzione della concentrazione. La legge di Fick (stazionaria) è:

J = - D · (dc/dx)

• J = densità di flusso di materia
• D = coefficiente di diffusione
• c = concentrazione della sostanza
• x = coordinata spaziale