Première loi de Fick
Elle permet de décrire un flux de matière, (Φ= débit massique ou volumique, nombre de particules, molaire, moléculaire, atomique, subatomique ou photonique, par unité de temps à travers une surface) en fonction des paramètres :
- surface offerte à la diffusion, S,
- gradient de concentration en fonction de la distance, ∂C/∂x, où ∂ indique une dérivée partielle (c.à.d. que la fonction est dérivée par rapport à x seulement, en considérant t constant),
- coefficient de diffusion, caractéristique des interactions soluté-solvant, D.

Évidemment, les unités doivent rester cohérentes :
MKS, D en m2/s, S en m2, x en m, C en mole/m3 ==> Φ en mole/s
ou bien en unités usuelles, D en cm2/s, S en cm2, x en cm, C en mg/cm3 ==> Φ en mg/s.
On remarque la présence du signe “-” dans la formule. Il indique que, physiquement, le flux de diffusion se fait toujours dans le sens contraire du gradient, donc de la zone la plus concentrée en soluté vers celle la moins concentré en soluté.
Tableau illustrant l'évolution de D en fonction des molécules :

On constate due D diminue lorsque M augmente (donc quand la taille de la molécule augmente). En fait, D est une fonction des caractéristiques du milieu (température, T) et du soluté (coefficient de friction, f). Soit :

formule d'Einstein où k est la constante de Boltzmann : R = k⋅N.
La diffusion (D)[1] augmente lorsque la température augmente (plus d'agitation moléculaire) ou lorsque f diminue (moins de frottements). Par ailleurs, Stockes a relié le coefficient de friction, f, avec le coefficient de viscosité du milieu, η, et le rayon, r, de la particule supposée sphérique. Soit :

où l'on voit que f augmente quand la viscosité du milieu augmente ou que la particule est plus grande.
La formule d'Einstein devient :

Dans le cas où la particule est sphérique (approximativement vrai pour les grosses molécules), on a :


D'où il vient :

Avec

Une fois A évalué, on a pu calculer les masses molaires des macromolécules par la méthode de diffusion.
Remarque :
Le phénomène de diffusion a historiquement été mis en évidence pour le soluté, mais il affecte de la même façon toutes les molécules (soluté et solvant)