Konstriktivität

Konstriktivität (eng.: constrictivity, v. lat.: constringere „festschnüren, fesseln, lahmlegen“) ist eine dimensionslose geometrische Größe (Formelzeichen: δ), die den Widerstand enger Poren gegen Transportprozesse wie Diffusion beschreibt. Sie ist abhängig vom Verhältnis aus Durchmesser des gelösten Teilchens zum Porendurchmesser. Der Wert der Konstriktivität ist umso kleiner, je enger eine Pore für ein gelöstes Teilchen ist, jedoch stets kleiner als 1. Oft wird die Konstriktivität nicht für eine einzelne Pore, sondern als Parameter für einen Porenraum betrachtet.

Der Widerstand gegen Transport wird durch eine Erhöhung der Viskosität des Lösungsmittels in der Nähe der Porenwände hervorgerufen. Dieser Effekt ist bei sehr engen Poren oder Porenverengungen, deren Durchmesser in derselben Größenordnung wie der Durchmesser der gelösten Teilchen ist, besonders wirksam. Konstriktivität muss klar von der Knudsen-Diffusion abgegrenzt werden. Knudsen-Diffusion tritt auf, wenn diffundierende Teilchen öfter mit Porenwänden als mit anderen Teilchen kollidieren, während Konstriktivität auf dem Einfluss der Porenwand auf das Lösungsmittel beruht.

Es existieren eine Reihe von empirischen Formeln^[1][2][3][4] zur Abschätzung der Konstriktivität. Für einfache Porengeometrien lässt sie sich aus der Geometrie herleiten.^[5][6][7] In der Praxis wird die Konstriktivität zusammen mit der Tortuosität häufig in Modellen als rein empirischer Parameter zur Ermittlung des effektiven Diffusionskoeffizienten benutzt.

Einzelnachweise

1. ↑ Renkin, E. M. (1954): Filtration, diffusion and molecular sieving through porous cellulose membranes. J. Gen. Physiolog., 38: 225–243
2. ↑ Beck, R. E., Schultz, J. S. (1970): Hindered diffusion in microporous membranes with known pore geometry. Science, 170: 1302–1305
3. ↑ Satterfield, C. N., Colton, C. K. (1973): Restricted diffusion in liquids within fine pores. AIChE J., 19: 628
4. ↑ Chantong, A., Massoth, F. E. (1983): Restrictive diffusion in aluminas. AIChE J., 29 (5): 725–731
5. ↑ Petersen, E. E. (1958): Diffusion in a pore of varying cross section. AIChE J., 4 (3): 343–345
6. ↑ Curie, J. A. (1960): Gaseous diffusion in porous media, Parts 1 and 2. Br. J. Appl. Phys., 11: 314–324
7. ↑ Michaels, A. S. (1959): Diffusion in a pore of irregular cross section. AIChE J., 5: 270–271

Literatur

• P. Grathwohl: Diffusion in natural porous media: Contaminant transport, sorption/desorption and dissolution kinetics. Kluwer Academic Publishers, 1998, ISBN 0-7923-8102-5

• van Brakel, J., Heertjes, P. M. (1974): Analysis of diffusion in macroporous media in terms of a porosity, a tortuosity and a constrictivity factor. Int. J. Heat Mass Transfer, 17: 1093–1103