Bei genauer Betrachtung ist der Rauch des Verbrannten zunächst noch sichtbar. Nach einer Weile ist er unsichtbar. Kennen Sie das? Selbst wenn Sie Parfüm in Ihrem Zimmer versprühen, können andere den Duft noch außerhalb des Hauses wahrnehmen. Genauso ist es, wenn Ihre Mutter ein leckeres Essen zubereitet – der Duft ist bis zu den Nachbarn zu riechen. Warum ist das so?
Diffusion verstehen
Es gibt viele weitere Beispiele. Gibt man ein paar Tropfen Tinte oder Lebensmittelfarbe in ein Glas klares Wasser, verteilen sich diese gleichmäßig. Das geschieht automatisch. Die genannten Beispiele sind Diffusionsvorgänge, die wir häufig im Alltag beobachten. Diffusion ist der Prozess, bei dem sich Moleküle eines Stoffes von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration bewegen. Konzentration bezeichnet die Anzahl der Moleküle/Mol eines Stoffes pro Volumeneinheit. An einem Ort hoher Konzentration befinden sich viele Moleküle eines Stoffes pro Volumeneinheit. Umgekehrt befinden sich an einem Ort niedriger Konzentration wenige Moleküle pro Volumeneinheit.
Bei der Müllverbrennung ist die Rauchkonzentration um den Verbrennungsofen herum in der Regel recht hoch. Aufgrund des Konzentrationsunterschieds breiten sich die Rauchmoleküle automatisch von Bereichen hoher Konzentration zu Bereichen niedriger Konzentration aus. Die Rauchmoleküle, die sich anfänglich zusammenballten, verteilen sich schließlich in alle Richtungen.
Beim Aufsprühen von Parfüm auf den Körper ist die Parfümkonzentration an der besprühten Stelle hoch. Aufgrund dieses Konzentrationsunterschieds diffundieren die Parfümmoleküle von der hohen zur niedrigen Konzentration. Gibt man einige Tropfen Tinte oder Lebensmittelfarbe in ein Glas klares Wasser, ist die Konzentration an der Stelle, wo die Tinte oder Farbe zuerst aufgetragen wurde, in der Regel höher. Aufgrund dieses Konzentrationsunterschieds verteilen sich die Tinten- oder Farbmoleküle im Bereich der niedrigen Konzentration. Der Diffusionsprozess stoppt, sobald die Konzentration der Tintenmoleküle im gesamten Wasser gleich ist.
Diffusions- und kinetische Theorie
Es ist wichtig zu verstehen, dass sich der Diffusionsprozess mithilfe der kinetischen Gastheorie erklären lässt. Diese besagt, dass jeder Stoff aus Molekülen besteht, die sich in ständiger, ungeordneter Bewegung befinden. Betrachten Sie dazu die Abbildung unten. Der gesamte Behälter ist mit Wasser gefüllt. Da Tinte hineingetropft wurde, ist die Konzentration des Wassers an der Oberfläche höher als am Boden.
C1 ist der Teil des Zylinders oder der Teil des Wassers mit einer hohen Konzentration, während C2 Es handelt sich um den Teil des Zylinders bzw. des Wassers mit der niedrigen Konzentration. Um die Analyse zu vereinfachen, betrachten wir nur die Bewegung der Tintenmoleküle in der Mitte des Zylinders.
Die Anzahl der Tintenmoleküle an Punkt C1 ist größer (hohe Konzentration) als die der Tintenmoleküle an Punkt C2 ( niedrige Konzentration). Da sich die Tintenmoleküle ständig zufällig bewegen, ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Tintenmoleküle an Punkt C1 zur Zylindermitte bewegen ( Δx ), größer. Umgekehrt ist die Anzahl der Tintenmoleküle an Punkt C2 sehr gering, sodass ihre Wahrscheinlichkeit, sich zur Zylindermitte zu bewegen ( Δx ) , sehr gering ist.
Diffusionsrate
Es findet also ein vollständiger Fluss von Tintenmolekülen von C1 nach C2 statt . Laut den Forschungen des Physiologen Adolf Fick (1829–1901) ist die Diffusionsrate direkt proportional zur Konzentrationsdifferenz (C2 – C1 ) . Je größer die Konzentrationsdifferenz, desto höher die Flussrate der Moleküle. Umgekehrt gilt: Je kleiner die Konzentrationsdifferenz, desto geringer die Flussrate. Dies deckt sich mit unserer Annahme, dass die Konzentrationsdifferenz auch die Flussrate beeinflusst. Neben der Diffusion können sich Moleküle von Substanzen (insbesondere Gasen) auch mithilfe des Windes von einem Ort zum anderen bewegen.
Anwendung der Diffusion im Alltag
Ohne Diffusion könnte Ihr Partner den Duft Ihres Parfums nicht genießen. Ohne Diffusion würde der köstliche Duft von Mamas Küche Ihre Träumerei nicht unterbrechen und Sie nicht dazu verleiten, die nahrhafte Mahlzeit schnell zu verspeisen. 😉 Diffusion spielt auch eine wichtige Rolle für das Überleben von Menschen, Tieren, Pflanzen usw.
Pflanzen benötigen typischerweise Kohlendioxid (CO₂ ) für die Photosynthese. Da zwischen dem Blattinneren und der Außenluft ein Unterschied in der CO₂-Konzentration besteht , diffundieren CO₂- Moleküle durch die Spaltöffnungen in das Blatt. Wasserdampf und Sauerstoff diffundieren hingegen aus dem Blatt heraus. Neben Pflanzen können auch Katzen, Mäuse usw. ersticken, wenn keine Diffusion stattfindet. Während Pflanzen CO₂ für die Photosynthese benötigen, brauchen Katzen, Mäuse usw. Sauerstoff für jede energieproduzierende Reaktion. Um die Zellen zu erreichen, diffundieren die Sauerstoffmoleküle.
