Die
Diffusion ist der
dritte Teilschritt eines
Permeationsvorgangs. Dabei durchdringt ein
Stoff (
Permeat) z. B. die
Kunststoffwand eines
Rohres. Das
Permeat (Gase [Stickstoff, Sauerstoff,
Kohlendioxid]) geht immer
in die
Richtung der
geringeren Konzentration (z. B.
Heizungswasser, Kühlwasser,
Solarflüssigkeit) bzw. des
niedrigeren Partialdrucks (Bei dem Kontakt einer Flüssigkeit [z.B.
Heizungswasser] mit einem Gas werden die Moleküle so lange von der Flüssigkeit aufgenommen [gelöst], bis sich die Partialdrücke angeglichen haben). Man spricht auch von einem
Gleichgewichtsausgleich, bei dem die
Triebkraft der
Konzentrationsunterschied ist.
Der
Permeationsvorgang verläuft in
vier Teilschritten:
1. Adsorption an der Grenzfläche: Das Permeat wird an der Oberfläche der Rohrwandung aufgenommen
2. Absorption in das Material; Das Permeat dringt in das Material der Rohrwandung ein
3. Diffusion durch das Material: Das Permeat durchdringt (diffundiert) die Rohrwandung durch Poren bzw. molekulare Zwischenräume
4. Desorption: Das Permeat entweicht als Gas auf der anderen Seite der Rohrwandung und wird von der Flüssigkeit oder dem Gas aufgenommen (gelöst)
Dieser Vorgang ist eine langsame Durchdringung und Mischung von Gasen oder Flüssigkeiten bis zur gleichmäßigen Durchmischung (Konzentrationsausgleich), bei der keine äußeren Kräfte einwirken. Höhere Temperaturen bewirken eine höhere Molekularwegung und eine größere Diffusionsgeschwindigkeit. Durch Diffusion geht ein geordneter Zustand in einen ungeordneten Zustand über.
Die Diffusion ist ein Teil des Permeationsvorgangs
Der Diffusionskoeffizient (molekularer Diffusionskoeffizient) ist die Kenngrösse (Einheit - Fläche pro Zeit) für den Materialstrom durch molekulare Diffusion in flüssigen, gasförmigen und festen Phasen, die auf Konzentrationsunterschiede basieren. Der Teilchenstrom ist proportional dem Konzentrationsgradienten (ersten Fickschen Gesetz).
Der lokale Konzentrationsunterschied der diffundierenden Teilchen ist die treibende Kraft der Diffusion. Die Diffusion führt ohne Einwirkung von äußeren Kräften zum Abbau des Konzentrationsgradienten und findet in allen Aggregatzuständen statt.
Der Diffusionskoeffizient hängt von den Eigenschaften des Stoffes und des Transportmediums ab. Außerdem hat die Temperatur, der Druck und die Wechselwirkungen mit anderen Stoffen einen Einfluss. Die Proportionalitätskonstante ist der Diffusionskoeffizient. Die Diffusionskoeffizienten sind bei Gasen 5·10-6 bis 10-5 m2/s, bei Flüssigkeiten 10-10 bis 10-9 m2/s und bei Festkörpern 10-14 bis 10-10 m2/s.
Durch die Diffusion wird ein Konzentrationsgefälle innerhalb eines bestimmten Zeitraums ausgeglichen. Die Diffusionsgeschwindigkeit ist dabei um so größer, je größer der Unterschied der beiden Konzentrationen ist.
Permeationen bzw.
Diffusionen gibt es in vielen Bereichen der
Haustechnik und im
täglichen Leben.
- Gasleitungen können ausgasen und müssen deshalb in Schächten immer belüftet werden.
- Wasserleitungen aus Kunststoff in Heizungs-, Solar- und Kühlanlagen können je nach Rohrart mehr oder weniger Luftsauerstoff aufnehmen, wodurch das Korrosionsrisiko steigt.
- PE-Rohre in Erdsonden können Kohlendioxid aufnehmen, da die Permeation bei diesem Gas etwa doppelt so hoch wie die von Sauerstoff. So kann sich in der Wärmeträgerflüssigkeit bei hohen Drücken eine große Menge Gas in der Sonde ansammeln.
- O-Ringe an Armaturen und Kunststoffdichtungen können Luftsauerstoff und andere Gase in Flüssigkeitssysteme durchlassen. Deswegen gibt es keine luftdichte (gasdichte) Anlagen, auch wenn sie aus Metallleitungen bestehen.
- Kunststoffleitungen in Biogasanlagen können Gase aufnehmen und sich dichtsetzen.
- Kunststofffolienverpackungen können Luftsauerstoff durchlassen, was zum schnellen Verderben von Lebensmitel führen kann.
- Autoreifen verlieren Druck durch die Permeation.