Diffusion

Unter Diffusion versteht man die von selbst ablaufende Vermischung von zwei oder mehreren miteinander in Berührung stehenden Stoffen ohne Krafteinwirkung. Die Diffusion beruht auf der regellosen thermischen Bewegung, der sogenannten Brownsche Molekularbewegung, von Teilchen.

Herrscht in einem System eine ungleichmäßige Verteilung der Teilchen, d. h. ein Konzentrationsunterschied, so bewegen sich statistisch gesehen mehr Teilchen aus Bereichen mit hoher Konzentration in Bereiche mit niedrigerer Konzentration als umgekehrt. In einem abgeschlossenen System gleichen sich somit mit der Zeit die Konzentrationsunterschiede aus und es stellt sich eine gleichmäßige Verteilung der Teilchen ein. Bei den Teilchen kann es sich um Atome, Moleküle oder Ladungsträger, z. B. Elektronen oder Ionen, handeln. Diffusion tritt sowohl in Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen auf, wobei die Diffusion in dieser Reihenfolge stark abnimmt.

Die Diffusion in Gasen und Flüssigkeiten spielt in vielen Bereichen eine wesentliche Rolle. Sei es das Ausbreiten von Duftstoffen in Räumen, der Vermischung unterschiedlicher Flüssigkeiten wie z. B. Tinte in Wasser, der Trocknung feuchter Bauteiloberflächen durch Abgabe der Feuchtigkeit an die umgebende Luft, um nur einige Beispiele zu nennen.

In der Bauphysik beschreibt die Diffusion von Wasserdampf den Transport von Feuchte durch eine Materialschicht. Dieser Feuchtetransport wird durch den unterschiedlichen Dampfdruck der umgebenden Luftschichten an Bauteilen hervorgerufen. Wird z. B. ein Haus im Winter beheizt, kann die wärmere Raumluft mehr Wasserdampf aufnehmen als die kältere Außenluft. Durch diesen Konzentrationsunterschied kommt es zur Diffusion von Wasserdampf von innen nach außen. Dadurch kann es im Mauerwerk oder in der Wärmedämmung zur Bildung von Tauwasser kommen. Dieses Tauwasser kann in weiterer Folge zu einer Beeinträchtigung der Wärmedämmung oder auch zur Schimmelpilzbildung führen.

Während in Gasen und Flüssigkeiten ein Stofftransport zusätzlich auch durch Konvektion erfolgen kann, ist in Feststoffen die Diffusion die einzige bedeutsame Art des Massentransportes. Die Diffusion in Feststoffen erfolgt dabei infolge von Platzwechselvorgängen der Teilchen. Dies spielt unter anderem eine wesentliche Rolle bei der Herstellung von Halbleitern, bei der Aufbringung von Oberflächenbeschichtungen aus dem flüssigen und gasförmigen Zustand, bei der Wärmebehandlung von Stahl oder bei der Korrosion.

Englische Übersetzung(en):

diffusion