Difusió molecular

**Difusió des d'un punt de vista microscòpic i macroscòpic.** Inicialment, hi ha molècules de solut en el costat esquerre d'una barrera (llínea morada) i cap en el costat dret. La barrera s'elimina i el solut es difon per a omplir tot el contenidor. Dalt: Una sola molècula es mou aleatoriamente (moviment browniano). Mig: en més molècules, hi ha una clara tendència a que el solut òmpliga el recipient de manera més uniforme. Part inferior: en una enorme cantitat de molècules de solut, desapareix tota la aleatoriedad; el solut sembla moure's de manera contínua i sistemàtica des d'àrees d'alta concentració a àrees de baixa concentració, seguint les lleis de Fick.

Per a atres usos d'este terme vore Difusió.

La difusió molecular, a sovint cridada simplement difusió, és el moviment tèrmic de totes les partícules (àtoms, molècules o ions) en un líquit o gas a temperatures per damunt del zero absolut.^[1] La velocitat d'este moviment és una funció de la temperatura, la viscosidad del decorregut i el tamany (massa) de les partícules. La difusió explica el fluix net de molècules des d'una regió de major concentració cap a una de menor concentració (a favor del gradient de concentració).^[2]

Una volta que les concentracions s'igualen, les molècules continuen movent-se aleatoriamente, pero com ya no existix un gradient de concentració, el transport net de massa per difusió molecular cessa. En estes condicions, el procés es denomina auto-difusió (o difusió del trazador), que s'origina a partir del moviment aleatori de les molècules en equilibri.^[3] El resultat de la difusió és una mescla gradual de materials fins que la distribució de les molècules és uniforme. Ya que les molècules encara estan en moviment, pero s'ha alcançat l'equilibri, l'estat final es denomina "equilibri dinàmic". En una fase en temperatura uniforme i sense forces netes externes actuant sobre les partícules, el procés de difusió eventualment resultarà en una mescla completa (estat de màxima entropía).

Fonaments termodinàmics

Consideren-se dos sistemes, S₁ i S₂, a la mateixa temperatura i capaces d'intercanviar partícules. Si existix una diferència en el potencial químic (μ) entre abdós sistemes, per eixemple μ₁ > μ₂, es produirà un fluix net de partícules des de S₁ cap a S₂. Açò ocorre perque la naturalea tendix cap a estats de menor energia lliure de Gibbs i màxima entropía (segona llei de la termodinàmica).^[4]

La difusió molecular es descriu matemàticament per mig de les lleis de difusió de Fick (primera i segona lleis), que relacionen el fluix difusivo en el gradient de concentració i el coeficient de difusió.^[5]

Aplicacions

La difusió és d'importància fonamental en numeroses disciplines de la física, la química, la biologia i l'ingenieria. Alguns eixemples d'aplicacions inclouen:

Sinterización per a produir materials sòlits (pulvimetalurgia, producció de ceràmica).^[6]
Disseny de reactors químics i optimisació de la transferència de massa.^[3]
Disseny de catalisadors en l'indústria química, a on la difusió de reactius cap als llocs actius és a sovint l'etapa limitante.^[7]
Tractaments termoquímicos del acer (cementación, nitruración) per a modificar les seues propietats superficials per mig de la difusió de carbono o nitrogen.^[8]
Dopage durant la producció de semiconductors (difusió d'impurees en silici o germani).^[9]
Lliberació controlada de fàrmacs en sistemes d'administració de medicaments.^[10]

Referències

↑ Atkins, Peter (2018). Physical Chemistry, 11th edició (en en), Oxford University Press. ISBN 978-0198769866.
↑ Encyclopaedia Britannica. «Diffusion» (en en). britannica.com. Consultat el 2024-05-20.
↑ ^3,0 ^3,1 Bird, R. Byron; Stewart, {{{nom2}}}; Lightfoot, {{{nom3}}} (2007). Transport Phenomena, 2nd edició (en en), John Wiley & Sons. ISBN 978-0470115398.
↑ Callen, Herbert B. (1985). Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics, 2nd edició (en en), John Wiley & Sons. ISBN 978-0471862563.
↑ Crank, J. (1975). The Mathematics of Diffusion, 2nd edició (en en), Oxford University Press. ISBN 978-0198533443.
↑ German, Randall M. (1996). Sintering Theory and Practice (en en), John Wiley & Sons. ISBN 978-0471057860.
↑ Fogler, H. Scott (2016). Elements of Chemical Reaction Engineering, 5th edició (en en), Prentice Hall. ISBN 978-0133887518.
↑ Callister, William D. (2018). Materials Science and Engineering: An Introduction, 10th edició (en en), John Wiley & Sons. ISBN 978-1119405498.
↑ Sze, S. M. (2007). Physics of Semiconductor Devices, 3rd edició (en en), John Wiley & Sons. ISBN 978-0471143239.
↑ Siepmann, J. (2012). Fundamentals and Applications of Controlled Release Drug Delivery (en en), Springer. ISBN 978-1461408804.

Este artícul conté una traducció derivada de «Difusión molecular» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[Atkins-1] Atkins, Peter (2018). Physical Chemistry, 11th edició (en en), Oxford University Press. ISBN 978-0198769866.

[2] Encyclopaedia Britannica. «Diffusion» (en en). britannica.com. Consultat el 2024-05-20.

[Bird-3] 3,0 ^3,1 Bird, R. Byron; Stewart, {{{nom2}}}; Lightfoot, {{{nom3}}} (2007). Transport Phenomena, 2nd edició (en en), John Wiley & Sons. ISBN 978-0470115398.

[4] Callen, Herbert B. (1985). Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics, 2nd edició (en en), John Wiley & Sons. ISBN 978-0471862563.

[Crank-5] Crank, J. (1975). The Mathematics of Diffusion, 2nd edició (en en), Oxford University Press. ISBN 978-0198533443.

[6] German, Randall M. (1996). Sintering Theory and Practice (en en), John Wiley & Sons. ISBN 978-0471057860.

[7] Fogler, H. Scott (2016). Elements of Chemical Reaction Engineering, 5th edició (en en), Prentice Hall. ISBN 978-0133887518.

[8] Callister, William D. (2018). Materials Science and Engineering: An Introduction, 10th edició (en en), John Wiley & Sons. ISBN 978-1119405498.

[9] Sze, S. M. (2007). Physics of Semiconductor Devices, 3rd edició (en en), John Wiley & Sons. ISBN 978-0471143239.

[10] Siepmann, J. (2012). Fundamentals and Applications of Controlled Release Drug Delivery (en en), Springer. ISBN 978-1461408804.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]