Концентрационный градиент

Когда вещества движутся без механического транспорта, градиент концентрации выступает в качестве движущей силы. Например, при диффузии или теплопередаче.

Они также играют важную роль в пищевой и фармацевтической технологиях. Быстрорастворимые продукты быстро растворяются, поскольку структура пор способствует переносу. Таблетки высвобождают активные ингредиенты путем диффузии по градиенту концентрации.

В массопереносе они являются движущей силой диффузии. Например, во время сушки вода диффундирует изнутри частиц наружу. При очистке газов молекулы газа мигрируют в растворитель. При экстракции, например, кофеина из кофейных зерен, перенос также происходит по градиенту концентрации.

В технологии разделения разница в концентрации является движущей силой многих процессов. В мембранных системах, таких как обратный осмос или диализ, материал проходит через мембрану по градиенту.

Концентрационные градиенты также играют важную роль в экологических технологиях. Загрязняющие вещества перемещаются через почвы и поровые пространства по градиентам концентрации. В топливных элементах градиенты определяют перенос реактантов и продуктов.

Градиент концентрации описывает пространственное изменение концентрации вещества. Он показывает, насколько изменяется концентрация c на единицу длины x.

Математически он определяется как вектор, который дифференцируется в зависимости от пути.

dc/dx = ∇c = (∂x/∂c, ∂y/∂c, ∂z/∂c)

Одна из возможностей двумерного векторного представления показана слева. Длина векторов показывает градиент концентрации. Направление стрелок векторов указывает на направление желаемой диффузии в соответствующем месте.