Quais os mecanismos de transferência de massa e qual a força motriz para eles?

Passo 1

O enunciado quer que a gente identifique os principais mecanismos de transferência de massa e a sua respectiva força motriz. O conteúdo aqui é transporte de massa em processos contínuos, e vamos precisar lembrar da definição de potencial químico e de como a diferença de concentração, pressão ou potencial elétrico gera fluxo de massa.

Passo 2

O primeiro mecanismo é a difusão molecular, que é o movimento de moléculas de uma região para outra devido à agitação térmica. A força motriz desse transporte é o gradiente de potencial químico \nabla \mu, que na prática se aproxima de um gradiente de concentração \nabla c. Em meios diluídos, usamos a Lei de Fick:
\mathbf{J}_{\text{dif}} = -D\,\nabla c
onde D é o coeficiente de difusão molecular.

Passo 3

Em fluidos turbulentos ocorre a difusão turbulenta (ou dispersão), que é o transporte de massa por flutuações de velocidade em redemoinhos. A força motriz também é o gradiente de concentração local, mas agora transportado por coeficiente de difusão turbulenta D_{\text{turb}}:
\mathbf{J}_{\text{turb}} = -D_{\text{turb}}\,\nabla c.

Passo 4

O mecanismo de convecção (ou advecção) transporta massa pela movimentação ordenada do fluido (bulk flow). Aqui a força motriz é o gradiente de pressão ou de densidade que gera a velocidade do fluido \mathbf{v}. O fluxo convectivo de massa é
\mathbf{J}_{\text{conv}} = c\,\mathbf{v}.

Passo 5

Em sistemas iônicos ou eletroquímicos ocorre migração de espécies carregadas sob efeito de um gradiente de potencial elétrico \nabla \varphi. A força motriz é esse gradiente elétrico e o fluxo segue a equação de Nernst–Planck, por exemplo:
\mathbf{J}_{\text{mig}} = -D\,\nabla c \;-\;\dfrac{z\,F\,D}{R\,T}\,c\,\nabla \varphi.

Passo 6

Outros exemplos incluem
Osmose, em que a força motriz é o gradiente de pressão osmótica.
Sedimentação/granulação, em que a força motriz é a gravidade ou diferença de densidade.

Resposta

Mecanismos e forças motrizes:
(a) Difusão molecular – força motriz \nabla\mu ( \approx \nabla c)
(b) Difusão turbulenta – força motriz \nabla c via flutuações
(c) Convecção – força motriz \nabla p ou diferença de densidade (gera \mathbf{v})
(d) Migração iônica – força motriz \nabla\varphi
(e) Osmose – força motriz gradiente de pressão osmótica
(f) Sedimentação – força motriz gravidade/densidade

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