Diffusion – Erklärung, Einflussfaktoren und Beispiele

Erfahre, wie die Diffusion den Konzentrationsausgleich zwischen verschiedenen Stoffen ermöglicht, ohne externe Energiezufuhr. Von Alltagsbeispielen wie der Teezubereitung bis hin zur biologischen Bedeutung bei der Atmung, bietet die Diffusion Einblicke in verschiedene Prozesse.

Inhaltsverzeichnis zum Thema Diffusion

Das Quiz zum Thema: Diffusion

Was ist Diffusion?

Frage 1 von 5

Wie funktioniert die Diffusion?

Frage 2 von 5

Was sind die Einflussfaktoren auf die Diffusionsgeschwindigkeit?

Frage 3 von 5

Was ist die brownsche Molekularbewegung?

Frage 4 von 5

Was ist die erleichterte Diffusion?

Frage 5 von 5

Diffusion im Überblick

  • Die Diffusion ist ein physikalischer Transportvorgang, bei dem sich die Teilchen verschiedener Stoffe selbstständig durchmischen.

  • In der Biologie findet Diffusion beispielsweise beim Gasaustausch während der Atmung und bei der Wasserabgabe von Pflanzen über die Blätter statt.
  • Die Geschwindigkeit, mit der der Diffusionsprozess abläuft, wird Diffusionsgeschwindigkeit genannt.
  • Die Diffusionsgeschwindigkeit ist abhängig von der Temperatur, der zu überwindenden Distanz, der Größe der Teilchen, dem Konzentrationsunterschied und dem Medium.
  • Die Diffusion durch eine halb durchlässige Membran wird als Osmose bezeichnet.

Diffusion: Lernvideo

Quelle sofatutor.com

Diffusion – Definition

Die Diffusion hat eine große Bedeutung bei zahlreichen biologischen, physikalischen und chemischen Prozessen. Als Diffusion bezeichnet man den ungehinderten Konzentrationsausgleich zwischen zwei aneinandergrenzenden, unterschiedlich konzentrierten Stoffen. Es handelt sich um einen passiven Transport, für den keine Zufuhr von Energie notwendig ist. Die Diffusion wird durch die permanente und ungeordnete Eigenbewegung der Teilchen, die sogenannte brownsche Molekularbewegung, verursacht. Die Teilchen diffundieren vom Ort der höheren Konzentration zum Ort der niedrigeren Konzentration entlang des Konzentrationsgefälles, bis die Konzentration ausgeglichen ist.

Diffusion – Beispiele

Im Alltag findet Diffusion häufig statt, ohne dass wir darüber nachdenken. Beispielsweise bei der Zubereitung eines Früchtetees: Anfangs sind die Wasserteilchen und die roten Farbpigmente des Tees getrennt. Es herrscht ein hohes Konzentrationsgefälle. Nach kurzer Zeit jedoch beginnt das Wasser sich nach und nach rot zu färben, bis eine gleichmäßige rote Färbung vorliegt. Dann sind Wasserteilchen und die Farbpigmente gleichmäßig gemischt und es liegt kein Konzentrationsunterschied mehr vor. Das Gleiche passiert, wenn du Tinte in ein Wasserglas gibst oder Zucker in eine Tasse mit heißem Kaffee. Es kommt zu einer Durchmischung. Auch der Rauch von Zigaretten und der Duft von Parfüm verteilen sich durch Diffusion in der Umgebung. 

Bei zahlreichen biologischen Vorgängen spielt die Diffusion ebenfalls eine Rolle. Wenn Pflanzen über die Wurzeln Wasser aufnehmen, verteilt sich dieses durch Diffusion innerhalb der Wurzelhaarzellen und Rindenzellen. Auch die Wasserabgabe über die Blätter an die Luft (Transpiration) erfolgt mittels Diffusion. 

Bei der Lungenatmung spielt die Diffusion eine wichtige Rolle, da sie den Gasaustausch zwischen den Lungenbläschen und dem Blut ermöglicht. 

Alle eukaryotischen und prokaryotischen Zellen besitzen eine Zellmembran zur Abgrenzung und Kompartimentierung. Diese Membranen sind halb durchlässig, sodass einige Stoffe mittels Diffusion passiv innerhalb von Zellen und zwischen Zellen transportiert werden können. Einige Gase (Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid) oder kleine und unpolare Moleküle können die Membran ungehindert überwinden (einfache Diffusion). Werden Membranproteine genutzt – beispielsweise beim Transport von Aminosäuren, Ionen oder Zuckermolekülen –, bezeichnet man den Vorgang als erleichterte Diffusion.

Diffusionsgeschwindigkeit – Einflussfaktoren

Diffusion ist eine Form der Bewegung. Die Geschwindigkeit, in der der Diffusionsvorgang und somit der Konzentrationsausgleich stattfindet, wird als Diffusionsgeschwindigkeit bezeichnet. In der Tabelle werden verschiedene Faktoren, die Einfluss auf die Diffusionsgeschwindigkeit haben, dargestellt.

Einflussfaktor Wirkung
Temperatur Je höher die Temperatur, umso schneller bewegen sich die Teilchen und umso höher ist die Diffusionsgeschwindigkeit.
Konzentrationsunterschied Je größer der Konzentrationsunterschied zwischen den verschiedenen Teilchen ist, desto größer ist die Diffusionsgeschwindigkeit.
Distanz Je kürzer die zurückzulegende Strecke, umso schneller erfolgt der Konzentrationsausgleich und umso höher ist die Diffusionsgeschwindigkeit.
Teilchengröße Je kleiner die Teilchen sind, desto größer ist die Diffusionsgeschwindigkeit, da kleine Teilchen weniger Widerstand im Lösungsmittel überwinden müssen.
Medium Je zähflüssiger das Medium, in dem sich die Teilchen bewegen, desto geringer ist die Diffusionsgeschwindigkeit.

In der Abbildung siehst du anhand des Beispiels mit dem Früchtetee, wie sich die Temperatur auf die Diffusionsgeschwindigkeit auswirkt.

Diffusiongeschwindigkeit bei der Zubereitung von Tee

Zwei wichtige Gesetze im Zusammenhang mit der Diffusion sind die fickschen Gesetze, die von Adolph Fick erstmals beschrieben wurden. Das 1. ficksche Gesetz besagt, dass die Menge der diffundierenden Teilchen pro Zeitraum proportional zum Konzentrationsgradienten ist.
Das 2. ficksche Gesetz beschäftigt sich mit der Frage, wie sich die Anfangskonzentration im Laufe der Zeit verändert, wenn Diffusion stattfindet. 

Osmose – Sonderfall der Diffusion

Ein Sonderfall der Diffusion ist die Osmose. Osmose ist die Diffusion durch eine halb durchlässige (semipermeable) Membran. Dies kann zum Beispiel eine Lipidschicht, wie die Zellmembran, sein. Einige Teilchen können diese Membran passieren, während andere Teilchen aufgrund ihrer Größe oder Beschaffenheit die Membran nicht überwinden können. Dadurch kann es zu einer einseitigen Diffusion kommen. Die Membranen vieler Zellen beispielsweise können von kleinen Wassermolekülen passiert werden, von großen Zuckermolekülen und Aminosäuren jedoch nicht. Bei der Osmose diffundiert Wasser an den Ort der höheren Teilchenkonzentration und trägt so zum Ausgleich des Konzentrationsgefälles bei. 

Die Osmose ist wie die Diffusion ein passiver Transportprozess, der keine Energiezufuhr von außen benötigt.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Diffusion

Diffusion ist ein physikalischer Vorgang, der auch in der Chemie und Biologie von Bedeutung ist. Diffusion ist der ungehinderte Konzentrationsausgleich zwischen aneinandergrenzenden, unterschiedlich konzentrierten Stoffen.

Die Diffusion funktioniert aufgrund der brownschen Molekularbewegung. Durch die Bewegung vermischen sich aneinandergrenzende, unterschiedliche Stoffe entlang des Konzentrationsgefälles. Um ein Gleichgewicht herzustellen, wandern Teilchen vom Ort der höheren Konzentration zum Ort der niedrigeren Konzentration.

Einfach erklärt beschreibt die brownsche Molekularbewegung die permanente und ungerichtete Bewegung von Teilchen. Sie ist Voraussetzung für die Diffusion. Die Bewegungen sind zufällig und entstehen durch den Zusammenstoß von Teilchen mit den sie umgebenden Teilchen. Selbst wenn die umgebenden Teilchen viel kleiner sind, entstehen durch die zahlreichen Zusammenstöße Bewegungen.

Einfache Diffusion läuft automatisch ohne zusätzliche Energiezufuhr oder Hilfsmittel ab. Mittels einfacher Diffusion können beispielsweise kleine Teilchen wie Wasser und Sauerstoff problemlos durch Biomembranen, beispielsweise Zellmembranen, diffundieren. Auch die Vermischung der roten Farbpigmente des Früchtetees mit dem Wasser ist eine einfache Diffusion.

Bei der erleichterten Diffusion sind bestimmte Kanäle notwendig, die den Transport von Molekülen durch die Membran ermöglichen. Im Gegensatz zur einfachen Diffusion können die Teilchen nicht ohne Weiteres durch die Membran diffundieren, sondern benötigen Kanalproteine, die als Tunnel fungieren. Durch diese Tunnel können die Teilchen ohne zusätzlichen Energiebedarf in Richtung des Konzentrationsgefälles die Membran durchqueren.

Der Transport kann außerdem durch bestimmte Transportproteine erfolgen. Ein Synonym dafür ist der Begriff Carrier. Die Carrier können spezifisch ausgewählte Moleküle transportieren. Die carrier-vermittelte Diffusion verläuft etwas langsamer als die Diffusion durch Kanalproteine. Carrier können Teilchen zudem entgegen des Konzentrationsgefälles transportieren. Diese Form des Transports benötigt jedoch, im Gegensatz zur Diffusion, eine zusätzliche Energiezufuhr.

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