21 julio 2015

Difusión: Ley de Fick

Es probable que la ley de Fick y el fenómeno físico que describe, sean unos de los conceptos científicos menos conocidos por el gran público.

     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. Estos y otros ejemplos nos muestran que para que tenga lugar el fenómeno de la difusión, la distribución espacial de moléculas no debe ser homogénea, debe existir una diferencia, o gradiente de concentración entre dos puntos del medio.

     Si tenemos en un punto una concentración C1 de sustancia y en otro lugar próximo otra concentración C2, se observa que si:
  • C1 > C2, la materia se mueve del punto 1 al 2.
  • C2 > C1, el flujo de materia tiene lugar del punto 2 al 1
      ¿Con qué fin se realiza este desplazamiento de materia? Pues... con el fin de homogeneizar (igualar) la concentración de materia en los puntos 1 y 2. Esto es lo mismo que decir que el proceso iguala las concentraciones en ambos puntos (genera un gradiente nulo)


     ¿De que depende esta velocidad de difusión/mezcla de unas partículas con otras?
  • De la diferencia de concentraciones entre ambos puntos (gradiente de concentración)
  • De la superficie de difusión (no se evapora igual el agua de un vaso que el de la misma cantidad de agua derramada por el suelo).
  • De la capacidad de mezcla de las partículas de una sustancia entre las de la otra (difusividad másica).
    Todo esto puede explicarse, matemáticamente, mediante la ley de Fick (1855):
     El coeficiente de difusividad, D, depende de la temperatura, del tamaño de las partículas (moléculas, átomos) que difunden y de la viscosidad del medio en que se produce la difusión. 

    El siguiente vídeo aclara conceptos:


     Es obvio que dada la menor masa de las partículas gaseosas, este fenómeno de la difusión es más fácil si se lleva a cabo entre gases. Sin embargo, sucede también entre líquidos e, incluso, entre sólidos.

    La difusión entre sólidos permite afirmar que si juntamos dos piezas metálicas durante suficiente tiempo, se puede observar que en las zonas próximas a la superficie de contacto, tiene lugar el proceso de difusión, mezclándose los átomos de ambos metales.

   EL proceso de la difusión es importante en mútiples fenómenos de la vida: respiración, disolución de sustancias, comportamiento de la contaminación...

    Y surge una sospecha... En la alta atmósfera, existen gradientes de concentración de partículas gaseosas. Si aplicamos la ley de Fick, ¿significa que la Tierra pierde continuamente materia gaseosa? 


Ismael