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Glossar: Diffusion
 
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PaGe
Moderator


Anmeldungsdatum: 19.03.2007
Beiträge: 3549
Wohnort: Hannover

BeitragVerfasst am: 13. März 2010 14:38    Titel: Glossar: Diffusion Antworten mit Zitat

______Diffusion______

Definition:
Diffusion beschreibt die Bewegung von Teilchen eines Stoffes vom Bereich seiner hohen Konzentration zum Bereich seiner geringen Konzentration.
Je größer der Konzentrationsgradient und je höher die Temperatur ist, umso schneller diffundieren die Stoffe. Die Diffusion endet immer mit dem Konzentrationsausgleich.


Erklärung:
Machen wir fürs Verständnis folgendes Gedankenexperiment:
In einem geschlossenen Behälter soll sich ein Stoff gleichmäßig verteilt in einer bestimmten Konzentration befinden. Der Stoff bleibt auch nach Stunden gleichmäßig verteilt. Dies liegt nicht daran, dass sich die Teilchen nicht bewegen. Die Teilchen bewegen sich die ganze Zeit (Brownsche Molekularbewegung). Aber für jedes Teilchen, das sich von einer Stelle wegbewegt, gibt es ein anderes Teilchen, das aufgrund seiner Bewegung diese „Lücke“ wieder ausfüllt. Gehen wir zur Vereinfachung davon aus, dass sich die Hälfte der Teilchen nach rechts, die andere Hälfte nach links bewegt. Gelangt ein Teilchen an die Gefäßwände, wird es zurückgestoßen. Dadurch kehrt sich natürlich seine Bewegungsrichtung um. Da es immer 2 gegenüberliegende Wände gibt, hebt sich dieser Effekt in der Summe wieder auf.
Wenn man nun rechts neben diesen Behälter einen gleichgroßen Behälter stellt, das diesen Stoff überhaupt nicht enthält, ändert sich nichts, solange die Gefäße getrennt sind. Entfernt man jedoch die Trennwand, beobachtet man, dass der Stoff aus dem ersten Gefäß nach rechts in das leere Gefäß übergeht. Der Grund ist, dass die Teilchen die vorher gegen die Trennwand gestoßen sind, nun nicht mehr nach links zurückgestoßen werden, sondern weiter nach rechts „fliegen“ können. Es ergibt sich daher ein Netto-Fluss der Teilchen in Richtung des leeren Gefäßes.
Das hat aber noch eine weitere Auswirkung auf den Stoff. An der linken Gefäßwand, die der Trennwand im gefüllten Gefäß gegenüberlag, werden weiterhin Teilchen, die sich nach links bewegen, nach rechts zurückgestoßen. Diese Umkehrung der Bewegungsrichtung wird nun aber nicht mehr durch eine Umkehrung der Bewegungsrichtung an der Trennwand ausgeglichen, da diese schlichtweg fehlt. Daher bewegen sich nun mehr Teilchen nach rechts in Richtung des leeren Gefäßes als in die andere Richtung. Dies entspricht ja auch genau unseren Beobachtungen.
Nach einiger Zeit befindet sich in beiden Gefäßen eine gewisse Anzahl an Teilchen. In dem vormals leeren Gefäß stoßen nun auch gegen die rechte Gefäßwand Teilchen und werden in ihrer Bewegungsrichtung umgekehrt. Diese kompensieren die Bewegungsumkehrung an der linken Gefäßwand des (ehemals) vollen Gefäßes ein wenig, sodass der Unterschied zwischen der Anzahl der Teilchen, die sich nach rechts bewegen, zu den Teilchen, die sich nach links bewegen, kleiner wird. Der Netto-Fluss der Teilchen ins leere Gefäß wird dadurch kleiner.
Je mehr Teilchen sich im Bereich des ehemals leeren Gefäßes befinden, desto mehr Teilchen stoßen gegen die rechte Wand und „fliegenden“ zurück ins volle Gefäß. Die Diffusion wird daher langsamer, je kleiner der Konzentrationsunterschied zwischen den beiden Gefäßen ist. Wenn in beiden Gefäßen gleich viele Teilchen sind, stoßen auf beiden Seiten gleich viele Teilchen gegen die Wand, sodass der Netto-Fluss der Teilchen null ist. Das Gleichgewicht ist erreicht. Die Diffusion ist beendet.

Die Diffusion läuft bei höheren Temperaturen schneller ab, da sich die Teilchen dann schneller bewegen. In Gasen ziehen sich die Teilchen nicht so stark (idealerweise geht man davon aus, dass sie sich gar nicht anziehen) und die Teilchendichte ist deutlich geringer als in einer Flüssigkeit, weshalb die Diffusion in Gasen deutlich schneller ist.


Bedeutung für die Biologie:
Die Diffusion spielt bei folgenden Vorgängen eine große Rolle:
  • Aufnahme von Sauerstoff/Kohlenstoffdioxid durch Lebewesen
    Theoretisch kann nur 50% des verfügbaren Sauerstoffs aus der Luft ausgenommen werden (Konzentrationsausgleich). Durch das Gegenstromprinzip bei den Kiemen und den Vogellungen ist dies aber verbessert.
  • Lösen von Sauerstoff im Wasser bei einem stehenden Gewässer
  • Wasserverlust der Pflanzen durch die Spaltöffnungen
  • Nachlieferung von Substrat bei Enzymen
    Durch die Umsetzung der Teilchen „verschwinden“ die Teilchen, sodass eine „Lücke“ und damit ein Konzentrationsunterschied entsteht.
  • Dialyse von Blut oder Proteinlösungen

An Biomembran existiert ein Transportvorgang, der als erleichterte Diffusion bezeichnet wird. Nur ungeladene und kleine Teilchen (wie zum Beispiel Sauerstoff ()) können eine Biomembran ohne Transportproteine relativ einfach durchdringen. Alle anderen Teilchen werden behindert oder können sie gar nicht passieren. Dies gilt auch für Wasser-Moleküle. Da die Lebewesen aber darauf angewiesen sind, diese Stoffe aufzunehmen, besitzen die Biomembranen Transportproteine, die diese Teilchen durch die Biomembran schleusen können. Bei der erleichterten Diffusion handelt es sich um Kanalproteine, die in der Regel als Poren bezeichnet werden. Für Wasser-Moleküle sind die Aquaporine zuständig, für deren Entdeckung und Aufklärung des Mechanismus 2003 der Nobelpreis für Chemie verliehen wurde.

Anmerkungen:
Die Diffusion ist ein relativ langsam ablaufender Prozess. Häufig existieren allerdings Strömungen im Wasser bzw. der Luft, die sehr viel schneller Stoffe verteilen.
Außerdem spielen häufig bei gelösten Stoffen auch osmotische Effekte noch eine Rolle.

Links:


Zuletzt bearbeitet von PaGe am 13. Jul 2010 21:22, insgesamt 8-mal bearbeitet
PaGe
Moderator


Anmeldungsdatum: 19.03.2007
Beiträge: 3549
Wohnort: Hannover

BeitragVerfasst am: 13. März 2010 14:39    Titel: Antworten mit Zitat

Reserve für weitere Anmerkungen

Kommentare eurerseits sind erbeten.

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Die deutsche Rechtschreibung ist Freeware, du darfst sie kostenlos nutzen. Aber sie ist nicht Open Source, d. h., du darfst sie nicht verändern oder in veränderter Form veröffentlichen.
cajo



Anmeldungsdatum: 26.10.2008
Beiträge: 162

BeitragVerfasst am: 13. März 2010 22:04    Titel: Antworten mit Zitat

Sehr schön!
cajo



Anmeldungsdatum: 26.10.2008
Beiträge: 162

BeitragVerfasst am: 13. März 2010 22:06    Titel: Antworten mit Zitat

Vllt noch erwähnenswert:

Diffussion ist in Gasen schneller als in Flüssigkeiten
je wärmer, desto schneller
PaGe
Moderator


Anmeldungsdatum: 19.03.2007
Beiträge: 3549
Wohnort: Hannover

BeitragVerfasst am: 14. März 2010 15:20    Titel: Antworten mit Zitat

Die Temperatur stand schon drin, die Gase habe ich noch eingearbeitet.
Leider verschwindet das Abstimmungsergebnis :blaw:

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Biochecker



Anmeldungsdatum: 12.01.2010
Beiträge: 35

BeitragVerfasst am: 14. März 2010 17:59    Titel: Antworten mit Zitat

Salut Wink
Also, ich finds sehr gut:)
Vielleicht kann man ja noch die Begriffe "aktiver Transport" und "passiver Transport" mit einbauen!?! Zwinkern

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Es ist wirklich eine Schande, dass keiner die timbalesische Kubi-Kelle kennt! Big Laugh
PaGe
Moderator


Anmeldungsdatum: 19.03.2007
Beiträge: 3549
Wohnort: Hannover

BeitragVerfasst am: 14. März 2010 19:41    Titel: Antworten mit Zitat

Passt aber nicht zu 100%. Wenn kann es nur der passive Transport sein und dieser kann reguliert werden. Allerdings könnte man natürlich zu den Transportmechanismen etwas schreiben und dann auf die Diffusion verlinken.
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Biochecker



Anmeldungsdatum: 12.01.2010
Beiträge: 35

BeitragVerfasst am: 15. März 2010 14:40    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, das meinte ich.... Grins
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