Procesos de transporte

Difusi6n y ley de Fick
Las diferencias de concentracion en las soluciones tienden a desaparecer con el tiempo. Un
soluto tiende a distribuirse uniformemente a 10 largo del volumen del solvente. Enotras palabras,
si la concentracion del soluto es diferente en una y otra porcion de una solucion, las moleculas
del soluto se moveran de la solucion mas concentrada hacia la mas diluida. Este movimiento se
detendra hasta cuando sean iguales las dos concentraciones (figura 9.1). Se denomina difusion
al transporte de materia en donde la (mica fuerza conductora es el gradiente de concentracion
o un gradiente de potencial quimico. EIestado final del sistema,en donde es igualla concentracion
en todas las partes de la solucion, es lIamado equilibrio de difusion. Cuando se establece el
equilibrio de difusion, este no puede moverse sin la aplicacion de energia externa. Por 10 anterior,
a la difusion se Ie considera un proceso irreversible que lIeva a la eliminacion de lasdiferencias
de concentracion encontradas en un principio y es un proceso natural en el sentido
termodinamico. La difusion puede utilizarse como ejemplo de la segunda ley de la termodinamica.
Paracomenzar la descripcion cuantitativa de la difusion, podemos citar el comportamiento
estadistico de las moleculas en difusion. Un modelo visible de este comportamiento es el
movimiento browniano. Este movimiento de particulas pequefias y visibles en suspension se
origina por un impacto azaroso de las moleculas moviendose cineticamente en el medio. La
mas conocida de las leyes de difusion fue desarrollada por Adolf Eugen Fick en 1955,
empiricamente. Fick encontro una analogia entre la difusion de particulas en solucion y la
transferencia de calor en la materia salida. La ley de Fick establece:
dm =-DA dC_
dt dX
Una cantidad de sustancia (dm), difunde durante un periodo de tiempo (dt). EIarea de la
seccion transversal de flujo (A), participa de manera proporcional en el flujo. EI gradiente de
concentracion es dCjdX, 0 sea la diferencia de concentracion a 10 largo de la seccion X, la cual
es perpendicular al area A (figura 9.1). La constante de difusion (0), a presion y temperatura
constantes, solo depende del soluto y del solvente. EIsigna negativo indica un flujo pasivo para
un gradiente negativo de concentracion, el transporte se realiza de la region de mayor
concentracion hacia la de menor concentracion. Bajo esta forma, la ley de Fick solo resulta
aplicable en el caso de soluciones ideales, en donde la interaccion entre 105 solutos (no cargados)
y el solvente no reduce las actividades. Sin embargo, en soluciones reales la concentracion 0
actividad termodinamica puede ser reducida. Un ejemplo de esto es un electrolito que no se
disocia por completo en iones separados. EIpotencial quimico de 105 solutos (11;) se encuentra
determinado por sus actividades (ai) y estas parecen ser definidas por las concentraciones (C) y
el valor del coeficiente de actividad (y,).
EIcoeficiente de actividad se ha determinado experimentalmente. En soluciones diluidas,
el valor de y, es muy cercano a 1, pero a altas concentraciones puede ser mucho menor que 1.
Por consecuencia, para tener una mayor exactitud es mejor usar ai que C en la ecuacion de Fick.