Operaciones unitarias

Ley de Fick
La ley de Fick es una ley cuantitativa en forma de ecuación diferencial que describe diversos casos de difusión de materia o energía en un medio en el que inicialmente no existe equilibrio químico o térmico. Recibe su nombre de Adolf Fick, que las derivó en 1855.
En situaciones en las que existen gradientes de concentración de una sustancia, o de temperatura, se produce un flujo departículas o de calor que tiende a homogeneizar la disolución y uniformizar la concentración o la temperatura. El flujo homogeneizador es una consecuencia estadística del movimiento azaroso de las partículas que da lugar al segundo principio de la termodinámica, conocido también como movimiento térmico casual de las partículas. Así los procesos físicos de difusión pueden ser vistos como procesosfísicos o termodinámicos irreversibles.
Formulación
En el caso de existir diferencias de concentración de cualquier especie (concentración de sustancia o temperatura), el paseo aleatorio de las moleculas se llevará a cabo desde las regiones con mayor concentración hacia las regiones de menor concentración. El flujo de sustancia irá en el sentido opuesto del gradiente de concentración y, si éste esdébil, podrá aproximarse por el primer término de la serie de Taylor, resultando la ley de Fick:
(1a)
siendo D el coeficiente de difusión de la especie de concentración c. En el caso particular del calor, la ley de Fick se conoce como ley de Fourier y se escribe como
(1b)
siendo la conductividad térmica.
Tomando la ley de conservación integral para la especie c, y aplicándole a estaúltima el teorema de Stokes se tiene:
(2a)
Combinando el resultado anterior (2a) con la ley de Fick (1a) resulta la ecuación de difusión o segunda ley de Fick:
(3a)
Si existe producción o destrucción de la especie (por una reacción química), a esta ecuación debe añadirse un término de fuente en el segundo miembro.
Para el caso particular de la temperatura, si se aplica que la energía internaes proporcional a la temperatura, el resultado es la ecuación del calor.
(2b)
(3b)
con la capacidad calorífica y la cantidad de calor generada internamente, si el medio es simplemente un conductor sin generación interna de calor

Difusión
Para otros usos de este término, véase Difusión (desambiguación).


Dibujo esquemático de los efectos de la difusión a través de una membranacelular.
La difusión es un proceso físico irreversible, en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente, aumentando la entropía del sistema conjunto formado por las partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden o disolvente.
Normalmente los procesos de difusión están sujetos a la Ley de Fick. La membrana permeable puede permitir el paso departículas y disolvente siempre a favor del gradiente de concentración. La difusión, proceso que no requiere aporte energético, es frecuente como forma de intercambio celular.


Difusión sustitucional
Este tipo de difusión, el tamaño del átomo que difunde y el de los átomos de la red cristalina es parecido. La difusión se produce aprovechando los defectos de laguna.
Difusión intersticial
Ladifusión intersticial se produce cuando los átomos entrantes son más pequeños que los existentes en la red cristalina.
Las ley que rige la difusión es la Ley de Fick. Otra forma para encontrar la correlación de difución entre átomos, es sacar la derivada por la hipotenusa entre el radio de cierta medida, entre los caracteres de un punto polar en la primera cara de cff; por la integral de dichaecuación.
2ª Ley de Fick (estado no estacionario)
•

• Para un gas en un sólido


D= difusividad
Co= concentración inicial
Cx= concentración final
Cs= concentración superficial
t= tiempo
x= distancia desde la superficie
Difusión molecular en sólidos
La difusión es el movimiento de los átomos en un material. Los átomos se mueven de manera ordenada, tendiendo a eliminar...