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Concept
Diffusion de la matière
Résumé
La diffusion de la matière, ou diffusion chimique, désigne la tendance naturelle d'un système à rendre uniforme le potentiel chimique de chacune des espèces chimiques qu'il comporte.
La diffusion chimique est un phénomène de transport irréversible qui tend à homogénéiser la composition du milieu. Dans le cas d'un mélange binaire et en l'absence des gradients de température et de pression, la diffusion se fait des régions de plus forte concentration vers les régions de concentration moindre. Dans le cas le plus général la description précédente reste le plus souvent valable, mais l'on connaît des contre-exemples, où l'une des espèces migre d'une région de plus faible concentration vers une autre de concentration supérieure (uphill diffusion).
D'un point de vue phénoménologique ce phénomène a d'abord été décrit par une loi énoncée par Adolf Fick en 1855, par analogie avec l'équation de la chaleur introduite par Joseph Fourier en 1822.
Cette relation entre le flux et gradient d'une quantité est très générale : conduction thermique, rayonnement dans un milieu opaque, perméation dans un milieu poreux, migration d'atomes sur une surface ou dans un cristal Elle résulte d'un changement d'échelle et de l'hypothèse d'une « petite perturbation » d'un état d'équilibre microscopique.
Cette loi, au départ empirique, a été justifiée et généralisée dans le cas d'un milieu multicomposant sous le nom d'équations de Stefan-Maxwell d'après les travaux de James Clerk Maxwell pour les gaz en 1866 et Josef Stefan pour les liquides en 1871. Cette généralisation montre l'effet des gradients de température ou de pression sur la diffusion. Le cadre thermodynamique le plus général pour cette expression a été précisé par Lars Onsager.
Ce problème a reçu un nouvel éclairage avec la découverte de la loi de déplacement quadratique du mouvement brownien décrite par William Sutherland en 1904, Albert Einstein en 1905 et Marian Smoluchowski en 1906.
Cette loi est utilisée pour la diffusion dans les réseaux cristallins dont les mécanismes à l'échelle atomique ont été expliqués par Yakov Frenkel (1926), Carl Wagner et Walter Schottky (1930).
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