[1] 불균일한 농도에서 존재하는 물질이 분자의 열운동에 의해 최대로 이용 가능한 넓은 공간으로 퍼져 나감으로써 이동하는 현상을 말한다. 또, 한 개의 분자나 미립자에 주목해서 그것들이 열운동에 의해 위치가 변하는 것도 확산이라 한다. 처음 일정 방향을 향하고 있던 분자나 미립자가 시간과 함께 처음 방향을 잃는 현상을 회전 확산이라 한다. 이동기체의 혼합물에 있어 상호 확산, 용액 중에서의 용질의 확산, 고온 상태에서 한 개의 고체에서 다른 고체 물질로의 확산, 기체 또는 액체 중에서의 미립자의 확산, 다공질 고체 중에서 기체의 확산 등 자연계에서 쉽게 볼 수 있는 현상이다. 우라늄 동위체 분리 등 응용적으로도 중요하다.
[2] 분자의 무작위 운동에 의해 고농도 영역에서 저농도 영역으로 물질의 순수 흐름이 일어나는 과정을 말한다. 고온에서 저온으로 열 에너지가 전달되는 유체의 열전달이나 어떤 매질을 통해서 유체가 퍼져나가는 것 등이 확산의 예이다. 확산하는 물질의 유속은 농도의 기울기(gradient)에 비례한다. 확산에 관한 수식적 표현은 다음과 같다.
여기서 j: 기준 표면의 단위 면적을 지나는 물질의 양, x: 기준 표면에 수직인 좌표, c: 물질의 농도, D: 비례상수, ‘-’부호는 흐름이 고농도에서 저농도로 일어남을 말한다. D는 확산도라고 하며 확산율을 결정한다.
1. 농도 구배가 있을 때 농도를 균일화하는 방향으로 질량의 이동을 말한다. 확산은 분자 한 개의 운동을 생각하면 불확정한 운동을 하지만 다수의 분자를 생각하면 자체로서 농도 기울기가 내려가는 방향으로 흐름이 생긴다. 이것에는 Fick의 법칙이 성립하고 몰수 n을 몰농도로 하면 다음 식으로 된다.
여기서 D는 확산계수이다.
2. 온도 경사가 있으면 한쪽의 성분은 고온 쪽이 되고, 다른 한쪽의 성분은 저온쪽이 되어 열에너지를 한쪽으로 보내 일정 온도로 열적 평형을 유지하려고 한다. 이것은 열확산이며 푸리에의 법칙이 성립하고 열유속을 q, 온도를 T로 하면 다음 식이 성립된다.
여기서 γ는 열전도율이다.
3. 속도 경사가 있으면 속도가 큰 편에서 작은 편으로 운동량의 이동이 있다. 이것에는 점성에 관한 뉴톤의 법칙이 성립하고 전단력을 τ, 속도를 u로 하면 다음 식이 성립된다.
농도 확산, 열전도, 점성은 어느 것이나 분자 레벨의 운동에 의해 생기는 것으로 분자확산이라 한다.