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Lexikon Pharmatechnologie

Diffusion

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Statistischer Ausgleichvorgang, in dessen Verlauf Teilchen (Atome, Moleküle) infolge ihrer Wärmebewegung (Mikrobrownsche Molekularbewegung) auf unregelmäßigen Bahnen von Orten höherer Konzentration zu Orten niederer Konzentration gelangen, sodass allmählich ein Dichte- bzw. Konzentrationsausgleich erfolgt. Diffusion tritt beim selbständigen Vermischen von Gasen, beim Vermischen von (mischbaren) Flüssigkeiten und beim Eindringen von Gasen oder Flüssigkeiten in Festkörper auf. Sie ist eine konzentrationsabhängige Bewegung von Stoffen (Atome oder Moleküle) in oder durch andere Stoffe, wobei die Antriebsursache für Diffusion neben dem Konzentrationsgefälle auch eine Temperaturdifferenz oder ähnliches sein kann. Die Prinzipien der Diffusion werden physikalisch / mathematisch durch die zwei Fickschen Diffusionsgesetze (Diffusionsparameter) beschrieben.

Die Diffusion von niedermolekularen Substanzen (Lösungsmittel oder Gase) durch feste, hochpolymere Stoffe (Polymerwerkstoffe) ist ein Teil der Permeation. Dabei ist die Wanderung der niedermolekularen Stoffe nicht unbedingt an submikroskopische Poren (Hohlstellen) im hochpolymeren Stoff gebunden, sondern kann durchaus als Wanderungsvorgang aufgrund von Platzwechselvorgängen zwischen den Molekülen des permeierenden Stoffes und den Segmenten eines Polymermoleküls – also durch echte Diffusion erfolgen. Ein technisches Beispiel ist die Weichmacherwanderung (Weichmacher) in Hochpolymeren (bei äußerer Weichmachung), bei der die Diffusion wesentlich von der chemischen Ähnlichkeit des permeierenden Stoffes zum Polymerwerkstoff, der Konzentration und der Temperatur bestimmt wird.

Pharmazeutisch ist der Diffusionsprozess von zentraler Bedeutung für die pharmakodynamische Wirkung von Arzneistoffen. Arzneistoffe müssen, bevor sie zum Wirkort gelangen, durch biologische Membranen transportiert werden. Dieses geschieht entweder in Form von seltenen aktiven Transportmechanismen oder häufiger in Form von Diffusionsprozessen.

Diffusionseffekte bei Edelstahlwerkstoffen

Darunter sind Wanderungsbewegungen von Atomen / Molekülen im festen Gefügeverbund (Korn) einer Legierung in die Korngrenzenbereiche des kristallinen Gefügeaufbauverbandes oder von außen über die Korngrenzenpfade in den Metallstrukturverband zu verstehen. Für die Diffusionsprozesse sind meist unterschiedliche Ursachen verantwortlich:

  • temperaturbedingte / -verursachte Diffusion,

  • konzentrationsbedingte / -verursachte Diffusion,

  • affinitätsbedingte Diffusion (z. B. bei der Bildung einer Passivschicht).

Im Gegensatz zu den korrosionstechnisch (Korrosion) nachteiligen Wirkungen von Deltaferrit- und Chromcarbidbildungen aufgrund von unerwünschten Diffusionsprozessen von Cr-Atomen bei Wärmebehandlungen sind die Prozesse der Werkstofferholung bei der Lösungsglühbehandlung, der Nitrierhärtung bzw. der Aufkohlung von Randschichten zur Zementithärtung (Zementit) bzw. Martensitbildung (Martensit) bei Stählen durchaus erwünscht, wobei die Härtungsprozesse auf klassischen Diffusionsprozessen von N bzw. C in die metallische Stahlmatrix beruhen.

Weniger von Vorteil ist die sogenannte Wasserstoffversprödung von ferritischen Werkstoffen (Ferrit) beim chemischen Beizen, bei der die beim Beizen an der Oberfläche entstehenden atomaren Wasserstoffatome in die relativ engen Korngrenzen der ferritischen Legierungen eindringen (diffundieren), dort dann H2 bilden, „größer” werden und den Korngrenzenraum verspannen, wodurch die Beweglichkeit empfindlich be- / verhindert und somit Sprödigkeit entwickelt wird. Infolge des weit größeren Korngrenzenvolumens bei Austeniten ist die Gefahr der Versprödung beim chemischen Beizen nicht gegeben.

Abb. D 15: Schematische Darstellung der Wanderung eines niedermolekularen Mediums durch eine feste Wand; Druck P1 > P2. (Quelle: G. Henkel)

© 2013 – ECV – Lexikon der Pharmatechnologie

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