difùzija (lot. diffusio – sklidimas, išsiliejimas), nepusiausvirasis vyksmas, pasireiškiantis medžiagos sklidimu dėl atomų, molekulių, jonų ir kitų jos dalelių savaiminio (šiluminio) judėjimo. Dėl difuzijos susiliečiančios medžiagos prasiskverbia viena į kitą. Dalelių difuzija terpėje vyksta jų tankio mažėjimo kryptimi. Difuzija būdinga dujoms, skysčiams ir kietiesiems kūnams, kuriuose difunduoja ir priemaišų, ir pačios medžiagos dalelės (savoji difuzija). Dalelių, plūduriuojančių dujose ir skysčiuose (pvz., dūmų dalelių arba suspensijos lašelių), difuzija vyksta dėl Browno judesio. Atomų ir molekulių difuzijos sparta didžiausia dujose, mažesnė skysčiuose, dar mažesnė kietuosiuose kūnuose. Tai lemia skirtingas medžiagos dalelių šiluminis judėjimas įvairios būsenos medžiagose. Kiekviena dujų molekulė juda laužyta trajektorija, nes joms susiduriant pakinta judesio kryptis ir greitis. Dėl to difuzija vyksta gerokai lėčiau nei laisvasis judėjimas. Molekulių poslinkis per laiką kinta atsitiktinai, tačiau šio poslinkio kvadrato vidurkis per daugelį susidūrimų didėja proporcingai laiko trukmei. Proporcingumo koeficientas vadinamas difuzijos koeficientu. Difuziją dujose kiekybiškai nusako Ficko dėsniai. Skysčiuose difuzija vyksta molekulėms peršokant iš vienos pusiausvirosios būsenos į kitą. Kiekvienas šuolis įvyksta, kai molekulė įgyja energijos, leidžiančios nutraukti ryšį su gretimomis molekulėmis ir peršokti į kitą molekulių apsuptį (į naują energinę būseną). Vidutinis poslinkis po tokio šuolio neviršija tarpmolekulinio atstumo. Difuzijos skystyje koeficientas didėja temperatūrai didėjant, kai atitinkamai padidėja šuolių skaičius per vienetinę trukmę. Kietajame kūne veikia keletas difuzijos mechanizmų: atomų perėjimai į kristalinės gardelės tuščius mazgus (vakansijas), atomų judėjimas per gardelės tarpmazgius, vienlaikiai cikliniai keleto atomų judėjimai, tiesioginis dviejų gretimų atomų apsikeitimas vietomis ir kiti. Difuzijos kietajame kūne koeficientas labai priklauso nuo kristalo gardelės defektų, atsirandančių dėl kaitinimo, įtempių, deformacijų ir kitų poveikių. Defektų (ypač vakansijų) skaičiaus padidėjimas palengvina atomų judėjimą kietajame kūne ir padidina difuzijos koeficientą. Kietiesiems kūnams būdinga staigi (eksponentinė) difuzijos koeficiento priklausomybė nuo temperatūros (cinko ir vario difuzijos koeficientas temperatūrai pakilus nuo 20 °C iki 300 °C padidėja 1014 kartų). Difuzija atsiranda ne tik dėl medžiagų koncentracijos skirtumų. Išoriniame elektriniame lauke vyksta elektringųjų dalelių difuzija – elektrodifuzija, sunkio lauke ar nuo slėgio poveikio kyla barodifuzija, netolygiai įkaitusioje terpėje – termodifuzija. Difuzija svarbi cheminių reakcijų kinetikai ir technologijai. Difuzija yra svarbiausias garinimo ir kondensacijos, kristalų tirpimo ir kristalizacijos procesų veiksnys. Dujų difuzija per porėtas užtvaras arba į dalelių srautą atskiriami izotopai. Skystuose tirpaluose tirpiklio molekulių difuzija per pusiau laidžias pertvaras (membranas) atskiriamos medžiagos. Difuzija yra daugelio technologinių ir biologinių procesų pagrindas. Gyvojoje gamtoje difuzijos būdu vyksta dujų apykaita, įsiurbiamos ir pernešamos maisto medžiagos, šalinamas vanduo. Klasikinė biologinių membranų pusiau pralaidumo teorija medžiagų judėjimą į ląstelę ir iš jos aiškina kaip difuziją per membranas. Vyksmai nusakomi sąryšiais, analogiškais Ficko dėsniui; vietoj difuzijos koeficientų naudojami membranos pralaidumo koeficientai.

krūvininkų difuzija

Lent. Įvairių medžiagų difuzijos koeficientai (slėgis 101,3 kPa)
Difunduojanti medžiaga Difuzijos terpė (pagrindinis medžiagos komponentas) Temperatūra (°C) Difuzijos koeficientas (m2/s)
vandenilis deguonis 0 0,7·10–4
vandens garai oras 0 0,23·10–4
etanolio garai oras 0 0,1·10–4
valgomoji druska vanduo 20 1,1·10–9
cukrus vanduo 20 0,3·10–9
auksas švinas 20 4·10–14
švinas švinas (savoji difuzija) 285 7·10–15

1565