Este documento resume diferentes fenómenos de transporte por difusión, incluyendo la ley de Fick, la difusión unidimensional y bidimensional. Explica que la difusión ocurre cuando hay un gradiente de concentración que causa un flujo irreversible de materia de altas a bajas concentraciones. Además, la ley de Fick establece que la velocidad de difusión es proporcional al gradiente de concentración. Finalmente, analiza ejemplos de difusión unidimensional como la sal en el agua y difusión
2. DIFUSIÓN
La difusión es un proceso físico irreversible, en el que
partículas materiales se introducen en un medio que
inicialmente estaba ausente, aumentando la entropía
del sistema conjunto formado por las partículas
difundidas o soluto y el medio donde se difunden o
disolvente.
Cuando en un sistema termodinámico
multicomponente hay un gradiente de
concentraciones, se origina un flujo irreversible de
materia, desde las altas concentraciones a las bajas.
.
3. LEY DE FICK
Deducida por Fick en 1855, por analogía con la
ley de Fourier sobre la conducción de calor,
pero con la importante diferencia de que la
transferencia de materia, contrariamente al
calor, mantiene a todo el fluido en movimiento,
excepto en circunstancias especiales en las que
los componentes se mueven por igual en todas
direcciones.
4. LEY DE FICK
Según Fick, la velocidad de transferencia de materia
de un componente en una mezcla de dos componentes
1 y 2, estará determinada por la velocidad de difusión
del componente 1 y el comportamiento del
componente 2. La velocidad molar de transferencia
del componente 1 por unidad de área debida al
movimiento molecular viene dada por:
siendo:
J1: velocidad molar de difusión por unidad de área.
D12: difusividad del componente 1 en el componente 2.
C1: concentración molar del componente 1.
Z: distancia en la dirección de la difusión.
5. LEY DE FICK
De la misma manera, la velocidad de difusión en
el componente 2 viene dada por:
Si la presión total, y por tanto, la concentración
molar total es constante, los términos dC1/dz y
dC2/dz, tienen que ser iguales y de signo
contrario, por lo que los componentes 1 y 2 se
difunden contrario a la del componente 1, siendo
el cálculo, en este caso, difícil.
6. DIFUSION UNIDIMENSIONAL
La experiencia nos demuestra que cuando abrimos un
frasco de perfume o de cualquier otro líquido volátil,
podemos olerlo rápidamente en un recinto cerrado.
Decimos que las moléculas del líquido después de
evaporarse se difunden por el aire, distribuyéndose en
todo el espacio circundante. Lo mismo ocurre si
colocamos un terrón de azúcar en un vaso de agua, las
moléculas de sacarosa se difunden por todo el agua.
7. DIFUSION DE LA SAL EN EL AGUA
Explica las características esenciales de la mezcla en un
estuario, del agua salada procedente del mar con el agua
de un río. El agua del río menos densa fluye sobre el agua
de mar. Hay por tanto, una discontinuidad en la densidad
con la profundidad, debido a las diferencias de salinidad.
Consideremos la siguiente distribución
unidimensional de la concentración
c=c0 para x<0
c=0, para x 0
en el instante t=0.
8. DIFUSION BIDIMENSIONAL
GOTA DE TINTA
Una gota de tinta de radio a se pone en un recipiente de agua de
radio R, siendo a<<R. La profundidad del agua es pequeña, del
orden de 1 cm, de modo que la gota de tinta alcanza el fondo del
recipiente rápidamente y el movimiento de la tinta está determinado
por el proceso de difusión únicamente.
El proceso de difusión bidimensional de la tinta en el agua se
describe mediante la siguiente ecuación.
ECUACION
