ガス拡散

ガス拡散では、ガス分子は熱運動によって自発的に分散します。この過程では、粒子が高濃度領域から低濃度領域へと移動し、濃度の均衡が達成されます。この過程は外部の流れを必要とせず、ガス粒子の絶え間ないランダムな運動のみに基づいています。

ガス混合物では、巨視的な対流が存在しない場合でも、拡散によってさまざまなガスが互いに混合します。粒子間の距離が大きく、平均粒子速度が高いため、ガスの拡散速度は液体よりも明らかに高速です。濃度勾配に加え、温度勾配や圧力勾配も拡散過程に影響を与えます。

技術的には、ガス拡散は、肺でのガス交換、多孔質媒体を通るガスの通過、乾燥、膜プロセス、または同位体分離のためのガス拡散プロセスなどの特殊な分離プロセスなど、多くの分野で重要な役割を果たしています。プロセス工学では、ガス中の拡散は一般的な拡散法則で説明されることが多いですが、多成分混合物では、マクスウェル・ステファン拡散などのモデルが使われます。

ガス拡散とは、濃度勾配によって引き起こされる物質移動のことです。この際、巨視的な流れは発生しません。推進力は濃度勾配です。物質流密度は勾配に比例します。式中のマイナス記号は、濃度が低下する方向への移動を示しています。フィックの法則（定常状態）は次のとおりです。

J = - D · (dc/dx)

• J = 物質流密度
• D = 拡散係数
• c = 物質濃度
• x = 位置座標