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Diffusion

1 Definition

Unter Diffusion versteht man das Vermischen von Stoffen, die miteinander in Berührung stehen, durch ihre zufällige Eigenbewegung (Brown'sche Molekularbewegung).

2 Ablauf

Lässt man beispielsweise in ein mit Wasser gefülltes Glas ohne umzurühren etwas Tinte tropfen, so bilden sich zunächst einmal Schlieren. Nach einer Weile kann man beobachten, dass eine gleichmäßige Blaufärbung des Wassers eintritt und die Schlieren vollständig verschwunden sind. Dieser Farbausgleich ist ein ideales Beispiel für die einfache (passive) Diffusion, deren Merkmal der Ausgleich von Konzentrationsunterschieden von Stoffen ist, wobei nur die Eigenbewegung der Teilchen eine Rolle spielt.

Eine einfache Diffusion findet auch dann statt, wenn zwei verschieden konzentrierte Lösungen des Stoffes A durch eine Membran voneinander getrennt sind, die für den Stoff A und das Lösungsmittel durchlässig ist. Die in A enthaltenen Moleküle wandern von der konzentrierteren Lösung in die weniger konzentrierte entlang des Konzentrationsgradienten. Die Teilchenanzahl von A ist längs des Diffusionsweges zunächst unterschiedlich, gleicht sich mit der Zeit jedoch aus. Ist der Gleichgewichtszustand erreicht, diffundieren in jede Richtung gleich viele Moleküle durch die Membran hindurch - die Konzentration von A ist links und rechts der Membran gleich.

3 Beeinflussende Faktoren

Die Diffusionsgeschwindigkeit und -fähigkeit eines Moleküls hängt unter anderen ab von:

  • Größe
  • Viskosität des Lösungsmittels
  • Temperatur

Ob überhaupt eine passive Diffusion durch eine Membran hindurch möglich ist, hängt außerdem von der Porengröße ab. Es ist bekannt, dass kleinere Moleküle oder Ionen in der Regel leichter diffundieren als große.

4 Aktiver Transport

Die passive Diffusion stellt beim Stoffaustausch einer lebenden Zelle mit ihrer Umgebung eher die Ausnahme dar. Zellen sind darauf angewiesen, Konzentrationen von bestimmten Stoffen aufrecht zu erhalten. Diese Konzentrationen sind kleiner oder größer als jene in ihrer Umgebung. Beispielsweise ist die Konzentration der K+-Ionen in der Zelle größer als außerhalb. Deshalb sind Konzentrationsgradienten an Membranen für eine lebende Zelle typisch. Ein vollständiger Konzentrationsausgleich durch passive Diffusion bedeutet den Tod. Jedoch werden viele Stoffe gegen einen Konzentrationsgradienten, das heißt unter Aufwendung von Energie, in eine Zelle eingeschleust oder gar aus ihr herausgebracht. Dies findet zum Beispiel durch die K+/Na+-Pumpen statt. Solch einen Vorgang bezeichnet mal als aktiven Transport.

5 Besondere Formen

Fachgebiete: Biologie, Chemie, Physik

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