A Figura 2.2.2 apresenta o mais simples sistema de difusão e mostra a difusão de átomos de um gás através de uma placa metálica, para a qual as concentrações (ou pressões) do componente em difusão em ambas as superfícies da placa são mantidas constantes. A Figura 2.2.2 poderia ser uma representação esquemática do processo utilizado para a purificação do hidrogênio (H), que se difunde através de uma lâmina de paládio (Pd). O hidrogênio, sendo um átomo muito pequeno (raio atômico 0,46Å), se difunde muito rapidamente na lâmina de paládio (raio atômico 1,376Å e estrutura CFC).
O fluxo J do átomo que se difunde, na Figura 2.2.2, é positivo da esquerda para a direita, pois a espécie em difusão se move de uma região de alta concentração para uma região de menor concentração , ao longo de uma distância . O fluxo J é definido como a quantidade de massa (m) que passa através de uma área unitária (A) perpendicular à direção do fluxo (o fluxo é um vetor) por unidade de tempo (t):
\[J =\frac{m}{At} \tag{2.1} \]
As unidades de fluxo são:
\[[(quantidade de massa).(comprimento^{-2}).(tempo^{-1})]\]
por exemplo:
\[(\frac{mol}{m^{2}.s})\]
Se o fluxo difusivo não variar ao longo do tempo dizemos que se trata de um estado estacionário. No presente caso, as concentrações CA e CB são constantes, o gradiente de concentração \(\frac{dC}{dx}\) é constante, e, como \(C_{A}>C_{B}\), o gradiente de concentração é negativo da esquerda para a direita. O gradiente de concentração é a inclinação da tangente, ou coeficiente angular, num ponto qualquer sobre a curva conhecida como perfil de concentração, que é uma curva da concentração C em função da posição (ou distância) do ponto considerado no interior do sólido, x.
A quantidade de massa que passa através da placa na Figura 2.2.2 aumenta quando a área A aumenta e quando o gradiente \(\frac{dC}{dx}\) se torna mais negativo. O coeficiente de proporcionalidade para este sistema é conhecido como difusividade ou coeficiente de difusão D. A equação que descreve o fluxo é conhecida como Primeira Lei de Fick1.
\[J =-D \frac{dC}{dx} \tag{2.2} \]
1Adolf Eugen Fick (1829-1901), cientista e fisiologista alemão, autor das chamadas Leis de Fick da Difusão. Deixou importantes contribuições na Fisiologia, como por exemplo ao propor a primeira técnica para se medir o débito cardíaco, isto é, o volume de sangue que o coração bombeia por minuto.
