Diffusion. Atomare Platzwechsel

Zusammenfassung

Als Diffusion bezeichnet man den Stofftransport in Gasen, Flüssigkeiten, amorphen und kristallinen Festkörpern dann, wenn er durch Platztausch individueller Atome („Schritt für Schritt“) erfolgt. Im Gegensatz dazu ist Konvektion ein Stofftransport durch Fließbewegung größerer Volumenelemente, z.B. in einer gerührten Schmelze.

Die häufigste Ursache von Diffusionsvorgängen ist das Vorhandensein von örtlichen Konzentrations-Gradienten. Im Sinne des Strebens nach größtmöglicher Entropie ist jedes System bestrebt, innerhalb einer Phase einen Konzentrationsausgleich zu erzielen.

Diffusion ist der Elementarprozess, der Phasenumwandlungen, insbesondere Ausscheidungen oder Reaktionen mit Gasphasen, möglich macht. Ohne Diffusion gäbe es also z.B. keine Härtung von Stahl oder von Aluminiumlegierungen. Darin liegt ihre außerordentliche technische Bedeutung.

In diesem Kapitel behandeln wir die mathematische Beschreibung der Diffusionsvorgänge und vergleichen die Triebkräfte der Diffusion mit anderen Transportphänomenen wie Ionen- und Wärmeleitung.