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diffusion

Lernziele

Diffusion ist ein physikalischer Prozess, bei dem sich Materialmoleküle von einem Bereich hoher Konzentration (wo viele Moleküle vorhanden sind) in einen Bereich niedriger Konzentration (wo weniger Moleküle vorhanden sind) bewegen.

Diffusion findet normalerweise in einer Lösung aus Flüssigkeiten und Gasen statt, weil sich ihre Partikel zufällig von Ort zu Ort bewegen. Es ist ein wichtiger Prozess für Lebewesen; so bewegen sich Substanzen in und aus Zellen.

Stellen Sie sich zum Beispiel vor, jemand öffnet eine Flasche Ammoniak in einem Raum voller Menschen. Das Ammoniakgas hat in der Flasche seine höchste Konzentration; seine geringste Konzentration liegt an den Rändern des Raumes. Der Ammoniakdampf wird aus der Flasche diffundieren oder sich ausbreiten; allmählich werden immer mehr Menschen das Ammoniak riechen, während es sich ausbreitet.

Eine Diffusion ist eine Form des passiven Transports.

In ähnlicher Weise befinden sich mehr Kohlendioxidmoleküle im Blut als in der Lunge, sodass Kohlendioxidmoleküle dazu neigen, sich in die Lunge zu bewegen. Das passiert in der Zellbiologie, wo kleine Moleküle einfach durch die Zellmembran diffundieren, größere Moleküle aber nur unter Energieeinsatz durchkommen.

Einige weitere Beispiele für Diffusion sind:

• Ein Zuckerwürfel wird eine Weile in einem Becher Wasser belassen.
• Parfümdämpfe steigen aus der Flasche, wenn der Deckel entfernt wird.
• Auf das Becherglas getropfte Lebensmittelfarbe breitet sich aus.
• Zucker ins Wasser geben.

Was verursacht Diffusion?

In Gasen und Flüssigkeiten bewegen sich Partikel zufällig von Ort zu Ort. Die Teilchen kollidieren miteinander oder mit ihrem Behälter. Die Teilchen kollidieren miteinander oder mit ihrem Behälter. Dadurch ändern sie die Richtung. Schließlich verteilen sich die Partikel im gesamten Behälter.

Die Diffusion erfolgt von selbst ohne Rühren, Schütteln oder Schweben.

Warum ist Diffusion sinnvoll?

In Lebewesen bewegen sich Substanzen durch Diffusion in und aus Zellen. Zum Beispiel:

• Die Atmung erzeugt überschüssiges Kohlendioxid, wodurch die Menge an Kohlendioxid in der Zelle zunimmt. Schließlich ist die Kohlendioxidkonzentration in der Zelle höher als die im umgebenden Blut. Das Kohlendioxid diffundiert dann durch die Zellmembran und ins Blut.
• Wasser diffundiert durch ihre Wurzelhaarzellen in die Pflanzen. Das Wasser bewegt sich von einem Bereich hoher Konzentration (im Boden) zu einem Bereich niedrigerer Konzentration (in der Wurzelhaarzelle). Dies liegt daran, dass Wurzelhaarzellen teilweise durchlässig sind. Die Diffusion von Wasser auf diese Weise wird Osmose genannt.

Faktoren, die die Diffusion beeinflussen

1. Ausmaß des Konzentrationsgradienten – Je größer der Konzentrationsunterschied, desto schneller die Diffusion. Je näher die Verteilung des Materials dem Gleichgewicht kommt, desto langsamer wird die Diffusionsgeschwindigkeit.

2. Masse der diffundierenden Moleküle – Schwerere Moleküle bewegen sich langsamer, daher diffundieren sie langsamer. Für leichtere Moleküle gilt das Umgekehrte.

3. Temperatur – Höhere Temperaturen erhöhen die Energie und damit die Bewegung der Moleküle, wodurch die Diffusionsgeschwindigkeit erhöht wird. Niedrigere Temperaturen verringern die Energie der Moleküle und verringern somit die Diffusionsgeschwindigkeit.

4. Lösungsmitteldichte – Mit zunehmender Dichte eines Lösungsmittels nimmt die Diffusionsgeschwindigkeit ab. Die Moleküle werden langsamer, weil sie es schwerer haben, durch das dichtere Medium zu gelangen. Wenn das Medium weniger dicht ist, nimmt die Diffusion zu.

5. Löslichkeit: Unpolare oder fettlösliche Materialien passieren Plasmamembranen leichter als polare Materialien, was eine schnellere Diffusionsrate ermöglicht.

6. Oberfläche und Dicke der Plasmamembran: Eine vergrößerte Oberfläche erhöht die Diffusionsgeschwindigkeit, während eine dickere Membran sie verringert.

7. Zurückgelegte Entfernung – Je größer die Entfernung ist, die eine Substanz zurücklegen muss, desto langsamer ist die Diffusionsrate. Dies legt eine Obergrenze für die Zellengröße fest. Eine große, kugelförmige Zelle stirbt, weil Nährstoffe oder Abfall das Zentrum der Zelle nicht erreichen oder verlassen können. Daher müssen die Zellen entweder klein sein, wie bei vielen Prokaryoten, oder abgeflacht sein, wie bei vielen einzelligen Eukaryoten.