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
Quelle sofatutor.com
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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.
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
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