分子擴散

分子擴散（），通常簡稱擴散，是任何粒子（氣體或液體）於絕對零度以上之環境下的熱力學運動。本行為的速率是溫度、流體黏度以及粒子大小（質量）的函數。擴散解釋高濃度與低濃度之間存在分子淨通量的原因。一旦濃度相等，分子雖持續運動，但由於濃度梯度已不復存在，分子遂停止擴散，改由自擴散主導分子的隨機運動。擴散的結局是材料逐漸混合，使分子分佈達成均勻。由於分子依然持續運動，但平衡也已經建立，因此分子擴散的最終狀態被稱為「動態平衡」。在具有均勻溫度的相態中，因不受外部淨力影響，擴散過程最終將達到完全混合。

今考慮兩個等溫且有能力交換粒子的系統，S1與S2。如果系統位能有發生交換；例如μ1>μ2（μ為化學勢），則系統S1至系統S2將有能量流產生，因為自然傾向降低能量並使熵值極大化。

分子擴散一般都以菲克定律作為其數學描述。

 應用 
擴散是許多物理、化學及生物學科重要的基礎。一些應用擴散的例子如下：

以燒結來製造固體材料（粉末冶金、製造陶瓷等）
化學反應器設計
化學工業的觸媒設計
改善鋼鐵性質
半導體製程的摻雜

 重要性 

擴散是輸送現象的一部份，是一種較緩慢的質傳方式。

生物學
於細胞生物學中，擴散是細胞間傳送必要物質（如胺基酸）的主要方式。溶劑（如水）在半透膜上的擴散行為則被稱為滲透。

 氣體分子擴散 
物質於靜止流體或跨越穩流流體之流線的輸送方式為分子擴散。兩相鄰容器以隔牆隔開，並各自裝有兩假想之氣體A與B，於容器中隨意運動著。倘若隔牆被移除，部分氣體A將移往原來被氣體B佔據的區域。相反地，B分子也將移往原來被純A分子佔據的區域。最終，兩種分子達成完全混合。在此之前，A、B之濃度皆隨著擴散軸向（X）逐漸變化，可以數學表示為-dCA/dx，其中CA是A的濃度。數學式前方的負號代表A濃度隨著距離x的增加而減少。同樣地，B濃度的變化則為-dCB/dx。分子A的擴散速率NA與濃度梯度和分子A於x方向上的平均速率相關，而這個關係得以菲克定律描述：

（僅可用於無整體流動的情形下）

 等莫耳逆向擴散 

 相關條目 
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 參考資料 

Category:輸送現象
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