Gradiente di concentrazione

Quando le sostanze si muovono senza trasporto meccanico, il gradiente di concentrazione agisce come forza motrice. Ad esempio, per la diffusione o il trasferimento di calore.

Svolgono inoltre un ruolo importante nella tecnologia alimentare e farmaceutica. I prodotti istantanei si dissolvono rapidamente perché le strutture dei pori favoriscono il trasporto. Le compresse rilasciano i principi attivi tramite diffusione lungo un gradiente di concentrazione.

Nel trasferimento di massa, sono la forza trainante della diffusione. Durante l'essiccazione, ad esempio, l'acqua si diffonde dall'interno delle particelle all'esterno. Nel lavaggio dei gas, le molecole di gas migrano in un solvente. Anche nell'estrazione, ad esempio della caffeina dai chicchi di caffè, il trasporto avviene lungo un gradiente di concentrazione.

Nella tecnologia di separazione, le differenze di concentrazione sono la forza trainante di molti processi. Nei sistemi a membrana, come l'osmosi inversa o la dialisi, il materiale scorre attraverso la membrana lungo un gradiente.

Anche i gradienti di concentrazione svolgono un ruolo trainante nella tecnologia ambientale. Gli inquinanti si muovono nel suolo e negli spazi porosi lungo i loro gradienti di concentrazione. Nelle celle a combustibile, i gradienti determinano il trasporto di reagenti e prodotti.

Un gradiente di concentrazione descrive la variazione spaziale della concentrazione di una sostanza. Indica di quanto cambia la concentrazione c per unità di lunghezza x.

Matematicamente, è definito come un vettore che viene differenziato in base al percorso.

dc/dx = ∇c = (∂x/∂c, ∂y/∂c, ∂z/∂c)

Una possibilità di rappresentazione vettoriale bidimensionale è mostrata a sinistra. La lunghezza dei vettori indica il gradiente di concentrazione. La direzione delle frecce dei vettori indica la direzione della diffusione desiderata nella rispettiva posizione.