Der Hauptunterschied zwischen Knudsen- und Molekulardiffusion besteht darin, dass die Knudsen-Diffusion die Kollision von Gasmolekülen mit Porenwänden beinh altet, während die Molekulardiffusion die Bewegung von Molekülen von einem System zum anderen entsprechend dem Konzentrationsgradienten beinh altet.
Diffusion bezieht sich auf die Bewegung von Molekülen (insbesondere Gasmolekülen) durch ein System. Dieser Prozess kann in zwei Arten gefunden werden: Knudsen-Diffusion und molekulare Diffusion.
Was ist Knudsen-Diffusion?
Knudsen-Diffusion ist die Diffusion, die auftritt, wenn die Skalenlänge eines Systems vergleichbar oder kleiner als die mittlere freie Weglänge des beteiligten Teilchens ist. Dieser Begriff wird hauptsächlich in Physik und Chemie verwendet und wurde nach dem Wissenschaftler Martin Knudsen benannt.
Wenn die Bewegung (genauer gesagt die Diffusion) der Gasmoleküle durch sehr kleine Kapillarporen betrachtet wird und die mittlere freie Weglänge der diffundierenden Gasmoleküle größer ist als der Porendurchmesser, dann bedeutet dies die Dichte dieses Gases ist sehr gering, und Gasmoleküle neigen dazu, mit den Porenwänden zu kollidieren, verglichen mit den Kollisionen zwischen den Molekülen. Dieser Vorgang wird als Knudsen-Diffusion oder Knudsen-Fluss bezeichnet.
Abbildung 01: Ein Molekül in einer Zylinderpore während der Knudsen-Diffusion
Zusätzlich können wir die Knudsen-Zahl definieren, die ein gutes Maß für die relative Bedeutung der Knudsen-Diffusion ist. Wenn diese Zahl größer als 1 ist, bedeutet dies, dass die Knudsen-Diffusion für dieses System wichtig ist. Diese Zahl gilt praktisch nur für Gase. Dies liegt daran, dass die mittlere freie Weglänge von Molekülen in flüssigen oder festen Zuständen sehr klein ist.
Was ist molekulare Diffusion?
Diffusion ist die Bewegung von Molekülen von einem Bereich hoher Konzentration zu einer niedrigen Konzentration über einen Konzentrationsgradienten. Diese Bewegungen treten in derselben Lösung auf. Die Faktoren, die den Konzentrationsgradienten beeinflussen, wirken sich auch auf die Diffusion aus.
Diese Bewegung wird beendet, wenn die Konzentrationen der beiden Regionen an jedem Punkt gleich werden. Das heißt, diese Bewegung findet so lange statt, bis der Konzentrationsgradient verschwindet. Dann verteilen sich die Moleküle überall in der Lösung.
Abbildung 02: Diffusion von Ionen zwischen zwei Systemen
Die Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle durch Diffusion ist eine Funktion der Temperatur, der Viskosität des Gases (oder der Flüssigkeit) und der Partikelgröße. Normalerweise beschreibt die molekulare Diffusion den Nettofluss von Molekülen von einem Bereich hoher Konzentration zu einer niedrigen Konzentration. Betrachtet man die beiden Systeme A1 und A2, die sich auf gleicher Temperatur befinden und in der Lage sind, Moleküle untereinander auszutauschen, kann eine Änderung der potentiellen Energie in einem dieser Systeme einen Energiefluss von einem System zum anderen erzeugen (von A1 zu A2 oder umgekehrt), da jedes System von Natur aus Zustände mit niedriger Energie und hoher Entropie bevorzugt. Dadurch entsteht ein Zustand molekularer Diffusion.
Was ist der Unterschied zwischen Knudsen und molekularer Diffusion?
Es gibt zwei Arten von Diffusion: Knudsen-Diffusion und molekulare Diffusion. Der Hauptunterschied zwischen Knudsen- und Molekulardiffusion besteht darin, dass die Knudsen-Diffusion die Kollision von Gasmolekülen mit Porenwänden beinh altet, während die Molekulardiffusion die Bewegung von Molekülen von einem System zum anderen entsprechend dem Konzentrationsgradienten beinh altet.
Zusammenfassung – Knudsen vs. molekulare Diffusion
Es gibt zwei Arten von Diffusion: Knudsen-Diffusion und molekulare Diffusion. Der Hauptunterschied zwischen Knudsen- und Molekulardiffusion besteht darin, dass die Knudsen-Diffusion die Kollision von Gasmolekülen mit Porenwänden beinh altet, während die Molekulardiffusion die Bewegung von Molekülen von einem System zum anderen entsprechend dem Konzentrationsgradienten beinh altet.
