温度が拡散に与える影響とは？

温度と拡散の関係

拡散は温度に大きく左右されます。Arrhenius（アレニウス）式によれば、温度が上がるほど拡散速度は指数関数的に増加します。これは、温度が拡散粒子にエネルギーを与え、エネルギー障壁を克服しやすくなるためです。

この関係は、物質は常に微小粒子の運動から成り立つという運動論的理論で説明できます。温度が高いほど粒子の持つエネルギーが大きくなり、運動が活発になるため、拡散が速くなります。

Arrhenius式

拡散係数 D は次の式で表されます。

D = D₀ exp(‑Ea / R T)

ここで

• D：拡散係数（拡散速度の指標）
• D₀：前指数因子（系固有の定数）
• Ea：拡散の活性化エネルギー（障壁を越えるために必要なエネルギー）
• R：気体定数
• T：絶対温度（ケルビン）

式から分かるように、温度 T が上がると D は指数的に増加します。活性化エネルギー Ea が示す障壁を越える粒子が増えるため、拡散速度が上昇します。

要するに、温度が高いほど拡散粒子は多くのエネルギーを得て、障壁を克服しやすくなり、拡散が速くなるということです。