Gradient stężenia

Gdy substancje poruszają się bez mechanicznego przenoszenia, gradient stężenia działa jako siła napędowa. Na przykład w przypadku dyfuzji lub wymiany ciepła.

Odgrywają one również ważną rolę w technologii spożywczej i farmaceutycznej. Produkty instant rozpuszczają się szybko, ponieważ struktury porów sprzyjają transportowi. Tabletki uwalniają składniki aktywne poprzez dyfuzję wzdłuż gradientu stężenia.

W przenoszeniu masy są one siłą napędową dyfuzji. Na przykład podczas suszenia woda dyfunduje z wnętrza cząsteczek na zewnątrz. Podczas oczyszczania gazu cząsteczki gazu migrują do rozpuszczalnika. Podczas ekstrakcji, na przykład kofeiny z ziaren kawy, transport również odbywa się wzdłuż gradientu stężenia.

W technologii separacji różnice stężeń są siłą napędową wielu procesów. W systemach membranowych, takich jak odwrócona osmoza lub dializa, materiał przepływa przez membranę wzdłuż gradientu.

Gradienty stężeń odgrywają również istotną rolę w technologii ochrony środowiska. Zanieczyszczenia przemieszczają się przez gleby i przestrzenie porowe wzdłuż gradientów stężenia. W ogniwach paliwowych gradienty określają transport reagentów i produktów.

Gradient stężenia opisuje przestrzenną zmianę stężenia substancji. Wskazuje, o ile zmienia się stężenie c na jednostkę długości x.

Matematycznie jest on definiowany jako wektor, który jest zróżnicowany w zależności od ścieżki.

dc/dx = ∇c = (∂x/∂c, ∂y/∂c, ∂z/∂c)

Jedna z możliwości dwuwymiarowej reprezentacji wektorowej jest pokazana po lewej stronie. Długość wektorów pokazuje gradient stężenia. Kierunek strzałek wektorów wskazuje kierunek pożądanej dyfuzji w danym miejscu.