濃度勾配

物質が機械的な伝達なしに移動する場合、濃度勾配が駆動力として働く。例えば、拡散や熱伝導などである。

また、食品や製薬技術においても重要な役割を果たしている。インスタント製品は、細孔構造が輸送に有利なため、速やかに溶解する。錠剤は、濃度勾配に沿った拡散によって有効成分を放出する。

物質移動においては、拡散の原動力となる。例えば乾燥では、水分は粒子の内部から外部へと拡散する。ガ ススクラビングでは、気体分子が溶媒中に移動する。コーヒー豆からのカフェイン抽出などでは、濃度勾配に沿って移動する。

分離技術では、濃度の差が多くのプロセスの原動力となる。逆浸透や透析のような膜システムでは、物質は勾配に沿って膜を流れる。

濃度勾配もまた、環境技術において重要な役割を果たしている。汚染物質は土壌や間隙を濃度勾配に沿って移動する。燃料電池では、勾配が反応物質と生成物の輸送を決定する。

濃度勾配は物質の濃度の空間的変化を表す。濃度勾配は、単位長さx当たりの濃度cの変化量を示す。

数学的には、パスに応じて微分されるベクトルとして定義される。

dc/dx = ∇c = (∂x/∂c, ∂y/∂c, ∂z/∂c)

二次元ベクトル表現の一つの可能性を左に示す。ベクトルの長さは濃度勾配を示す。ベクトルの矢印の方向は、それぞれの場所での望ましい拡散の方向を示す。