Difusión molecular en sistemas gaseosos

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Cuando un sistema contiene dos o más componentes cuyas concentraciones varían de un punto a otro, presenta una tendencia natural a transferir la masa minimizando las diferencias de concentraciones en el sistema.

La transferencia de un componente de una región de alta concentración a una de baja concentración se llama transferencia de masa:

  Terrón de azúcar en una taza de café.

  Evaporación del agua de los estanques.

  Perfume en el ambiente.

  agua dulce que desemboca al mar.

  Difusión de neutrones dentro de reactores nucleares.

  difusión de sustancias que los poros de carbón activado absorben.

  La rapidez de las reacciones químicas catalizadas y biológicas.

En el caso del terrón de azúcar en el café, esta se puede transferir espontáneamente por mecanismo molecular o transferir impulsada por algún medio [agitación mecánica] lo que constituye la transferencia convectiva de masa.  

Parrot en 1815 observó cuantitativamente que cuando una mezcla de gases contiene dos o más especies moleculares cuyas concentraciones varían de un punto a otro, resulta un proceso, aparentemente natural, que tiende a disminuir la diferencia en la composición. Esta transferencia de masa macroscópica, independiente de cualquier convección que se realiza dentro del sistema, se define como difusión molecular. En el caso de las mezclas gaseosas se puede explicar el fenómeno de difusión molecular a través de la teoría cinética de los gases.

El flujo de masa depende de la movilidad de las partículas (teoría cinética), de las sustancias involucradas, propiedades intensivas y el diferencial de la concentración.

La transferencia molecular de momento y energía es menos compleja ya que tienen lugar en una fase de un componente. La difusión molecular o transferencia de masa se presenta en mezclas, para ello, se evaluarán ciertas propiedades de las mezclas.

Estas propiedades son las siguientes:

Concentraciones.

Velocidades.

Flujos.

Difusividad da masa gaseosa

Una ecuación empírica bastante exacta expresada de acuerdo a un análisis matemático más riguroso, han tomado en cuenta las fuerzas de atracción y repulsión existentes en las moléculas. Utilizando el potencial de Lennard Jones para la evaluación de las fuerzas intermoleculares, se determinó una ecuación de las fuerzas intermoleculares. Siendo esta una ecuación para determinar el coeficiente de difusión correspondiente a parejas gaseosas de moléculas no polares y no reactivas: Ecuación de Hirschfelder.