Primeros estudios en la teoría de la difusión: los experimentos de Graham y Fick

Abstract

La teoría de la difusión se desarrolló a finales del siglo XIX siguiendo dos vías distintas: la empírica protagonizada por los descubrimientos de Thomas Graham y Adolf Fick entre los que destacan las Leyes de la difusión y la teórica, por el modelo de difusión en sistemas multicomponente de James Clerk Maxwell y Josef Stefan englobado en la teoría cinética de los gases.
El presente TFG se encarga de esclarecer la primera vía investigando y analizando las publicaciones de Graham y Fick en aquella época.
Primero, se realiza un profundo análisis de todos los experimentos sobre la difusión llevados a cabo por Thomas Graham en la publicación “On the Diffusion of Liquids” donde descubre las principales propiedades de la difusión líquida. A través de sus experimentos, Graham demostró que la difusión liquida era cien veces más lenta que la difusión gaseosa y que la cantidad de sal difundida está en proporción con la cantidad de sal disuelta inicialmente cuando las disoluciones no superan la concentración del 4% o 5% de sal. También descubrió que la difusión de una sal aumenta con la temperatura y observó una difusión similar entre algunos subgrupos de sales, sobre todo, sales de potasio, amonio y sodio. En dichos subgrupos de sales, se mostró la existencia de tiempos de difusión iguales cuando el cuadrado del ratio de dichos tiempos era igual al ratio de la densidad de las soluciones salinas.
Después, se estudia la publicación “On Liquid Diffusion” en la que Fick formuló las Leyes de la difusión por analogía con la Ley de conducción de calor de Fourier. Para demostrar la validez de sus ecuaciones realizó dos experimentos en los que empleó solamente disoluciones de sal común y varió las condiciones geométricas del recipiente. Dado que la publicación proporciona pocos datos sobre los experimentos, se tuvieron que hacer varias suposiciones y cálculos para obtener algunos valores esenciales para la comprobación teórica de ambos experimentos. Y a pesar de la poca confianza que generan en un principio los experimentos de Fick, se demostró una gran concordancia entre teoría y experimento.
Por último, se hace un breve inciso en las importantes aportaciones de las investigaciones estudiadas en la química moderna. Siguiendo su investigación sobre la difusión, Graham descubrió la existencia de los coloides y gran parte de los conceptos más importantes de dicho campo y por ello, se le conoce como el padre de la química coloidal. Y a pesar de las limitaciones de las ecuaciones de Fick a las disoluciones diluidas y a las binarias, suponen la base sobre la que se sustenta la teoría actual de la difusión.