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Wenn Sie etwas auf dem Herd verbrennen, riecht die Küche nach Rauch. Ein paar Minuten später riecht es in Ihrem ganzen Haus nach verbranntem Essen. Das ist, weil die Atome von verbranntem Essen durch Ihr Zuhause diffundieren. Diffusion ist der Prozess, durch den Atome eines Materials durch zufällige atomare Bewegung in ein anderes Material übertragen werden. Bei der Diffusion verbreiten sich Atome in der Regel gleichmäßig, wenn sich der Rauch von der hohen Konzentration in der Küche zu einer niedrigeren Konzentration in Ihrem gesamten Haus bewegt. Die Diffusionsrate hängt von mehreren Faktoren ab.
Temperatur
Von allen Faktoren, die die Diffusionsrate beeinflussen, ist die Temperatur am wichtigsten. Die Temperatur hat den größten Einfluss auf die Diffusionsraten und ist der am einfachsten zu ändernde Faktor. Durch Erhöhen der Temperatur wird die Diffusionsrate durch Hinzufügen von Energie zu jedem Partikel erhöht. Dies liegt daran, dass energiereichere Partikel häufiger gegeneinander prallen und sich gleichmäßig über das Materialvolumen verteilen. In ähnlicher Weise wird durch Verringern der Temperatur die Diffusionsrate durch Verringern der Energie jedes Partikels verringert.
Konzentrationsunterschied
Die Diffusionsrate hängt vom Unterschied zwischen den Konzentrationen im Wirtsmaterial ab, wobei höhere Konzentrationsunterschiede zu höheren Diffusionsraten führen. Beispielsweise tritt eine Diffusion durch eine dünne Wand oder Membran schnell auf, wenn auf der einen Seite eine hohe Konzentration des Gases und auf der anderen Seite kein Gas vorhanden ist. Befindet sich auf beiden Seiten bereits eine nahezu gleiche Gasmenge, ist die Diffusion viel langsamer.
Diffusionsentfernung
Die Diffusionsrate ist umgekehrt proportional zur Entfernung, über die das Material diffundiert. Das heißt, kleinere Entfernungen führen zu schnelleren Diffusionsraten und größere Entfernungen zu langsameren Diffusionsraten. Dies ist sinnvoll, da ein Gas viel schneller durch eine dünne Wand diffundiert als durch eine dicke Wand.
Diffusions- und Host-Materialien
Die Diffusionsrate hängt auch sowohl vom Material ab, das diffundiert, als auch vom Material, durch das es diffundiert. Bei einer bestimmten Temperatur haben alle Partikel die gleiche durchschnittliche Energie. Das bedeutet, dass sich leichtere Atome wie Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff schneller fortbewegen und beweglicher sind als größere Atome wie Kupfer oder Eisen. Materialien aus diesen leichteren Atomen diffundieren schneller als schwerere Materialien.