Mass Transfer - Diffusion - 최종

1. 확산의 기본 개념

확산은 물질이 농도 차이에 의해 자발적으로 퍼져 나가는 현상으로, 분자 또는 원자의 무작위 운동에 의해 일어난다. 이는 자연스럽게 높은 농도 영역에서 낮은 농도 영역으로 이동하는 방향으로 진행되며, 열역학적 평형 상태에 도달하려는 성질이 있다. 확산은 생명체의 생리적 과정뿐만 아니라 산업 전반에서도 중요한 역할을 담당한다. 예를 들어, 인체 내에서 산소는 폐포에서 혈액으로 확산되어 세포까지 전달되며, 이때 확산은 압력 차이와 농도 차이에 따라 결정된다. 화학공학에서는 가스나 액체의 혼합, 반응물 농도 균일화에 활용된다. 통계자료에 따르면, 인간의 폐에서 산소 농도는 약 13%이며, 혈액 내 산소 농도는 75~100mmHg 정도이고, 이 농도 차이를 바탕으로 산소는 확산 운반된다. 확산 속도는 Fick의 제 1법칙에 따라 농도 구배에 비례하며 확산 계수에 의해서도 영향을 받는다. 확산 계수는 물질의 특성과 온도에 따라 달라지며, 예를 들어 물에서 이산화탄소의 확산 계수는 약 1.92×10^-5cm²/sec로 나타난다. 확산은 단순히 물리적 특성만이 아니라 환경 조건에 의해 영향을 받는데, 온도가 증가하면 확산 속도는 빨…