Leyes de difusión de Fick
Las leyes de difusión de Fick describen la difusión y fueron derivadas por Adolf Fick en 1855. [1] Se pueden usar para resolver el coeficiente de difusión , D. La primera ley de Fick se puede utilizar para derivar su segunda ley, que a su vez es idéntica a la ecuación de difusión .
Un proceso de difusión que obedece las leyes de Fick se denomina difusión normal o fickiana; en caso contrario, se denomina difusión anómala o difusión no fickiana.
En 1855, el fisiólogo Adolf Fick informó por primera vez [1] de sus ahora conocidas leyes que rigen el transporte de masa a través de medios de difusión. El trabajo de Fick se inspiró en los experimentos anteriores de Thomas Graham , que no llegaron a proponer las leyes fundamentales por las que Fick se haría famoso. La ley de Fick es análoga a las relaciones descubiertas en la misma época por otros científicos eminentes: la ley de Darcy (flujo hidráulico), la ley de Ohm (transporte de carga) y la ley de Fourier (transporte de calor).
Los experimentos de Fick (inspirados en los de Graham) trataban de medir las concentraciones y flujos de sal, difundiéndose entre dos depósitos a través de tubos de agua. Es de destacar que el trabajo de Fick se refería principalmente a la difusión en fluidos, porque en ese momento, la difusión en sólidos no se consideraba generalmente posible. [2] Hoy en día, las Leyes de Fick forman el núcleo de nuestra comprensión de la difusión en sólidos, líquidos y gases (en ausencia de movimiento de fluidos a granel en los dos últimos casos). Cuando un proceso de difusión no sigue las leyes de Fick (lo que sucede en los casos de difusión a través de medios porosos y difusión de penetrantes expansivos, entre otros), [3] [4] se le denomina no fickiano .
La primera ley de Fick relaciona el flujo difusivo con el gradiente de concentración. Postula que el flujo va de regiones de alta concentración a regiones de baja concentración, con una magnitud que es proporcional al gradiente de concentración (derivada espacial), o en términos simplistas el concepto de que un soluto se moverá de una región de alta concentración a una región de baja concentración a través de un gradiente de concentración. En una dimensión (espacial), la ley se puede escribir en varias formas, donde la forma más común (ver [5] [6] ) es en base molar:
D es proporcional al cuadrado de la velocidad de las partículas que se difunden, que depende de la temperatura, la viscosidad del fluido y el tamaño de las partículas según la relación de Stokes-Einstein . En soluciones acuosas diluidas, los coeficientes de difusión de la mayoría de los iones son similares y tienen valores que a temperatura ambiente están en el rango de(0,6–2) × 10 −9 m 2 /s . Para las moléculas biológicas, los coeficientes de difusión normalmente oscilan entre 10 −10 y 10 −11 m 2 /s.
