Bei genauer Betrachtung ist der Rauch der Verbrennung zunächst sichtbar. Nach einer Weile ist er verschwunden. Kennen Sie das? Selbst wenn Sie Parfüm im Raum versprühen, können auch Menschen außerhalb des Hauses den Duft wahrnehmen. Wenn die Mutter in der Küche ein leckeres und appetitliches Essen zubereitet, ist der Duft sogar bis zum Nachbarn zu riechen. Woran liegt das?
Es gibt viele weitere Beispiele. Gibt man ein paar Tropfen Tinte in ein Glas mit klarem Wasser, verteilt sich die Tinte oder Lebensmittelfarbe gleichmäßig. Das geschieht automatisch. Einige dieser Beispiele sind Diffusionsvorgänge, die wir häufig im Alltag beobachten. Diffusion ist der Prozess, bei dem Stoffe von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration transportiert werden. Konzentration bezeichnet die Anzahl der Moleküle/Mole eines Stoffes pro Volumeneinheit. Ein Bereich hoher Konzentration ist ein Bereich, in dem sich viele Moleküle eines Stoffes pro Volumeneinheit befinden. Umgekehrt sind Bereiche niedriger Konzentration ein Bereich, in dem sich wenige Moleküle pro Volumeneinheit befinden.
Beim Verbrennen von Müll ist die Rauchkonzentration um den brennenden Müll herum in der Regel recht hoch. Aufgrund der unterschiedlichen Konzentrationen breiten sich die Rauchmoleküle automatisch von Bereichen hoher Konzentration zu Bereichen niedriger Konzentration aus. Die Rauchmoleküle, die sich anfänglich angesammelt haben, verteilen sich schließlich in alle Richtungen.
Beim Aufsprühen von Parfüm auf den Körper ist die Parfümkonzentration an der Stelle, wo das Parfüm aufgetragen wird, am höchsten. Aufgrund von Konzentrationsunterschieden diffundieren die Parfümmoleküle von Bereichen hoher zu Bereichen niedrigerer Konzentration. Gibt man einige Tropfen Tinte oder Lebensmittelfarbe in ein Glas klares Wasser, weist der Bereich, der zuerst mit Tinte oder Lebensmittelfarbe benetzt wird, in der Regel eine höhere Konzentration auf. Aufgrund der unterschiedlichen Konzentrationen verteilen sich die Tinten- oder Lebensmittelfarbstoffmoleküle in alle Bereiche des Wassers mit niedrigerer Konzentration. Der Diffusionsprozess stoppt, sobald die Konzentration der Tintenmoleküle im gesamten Wasser gleich ist.
Bitte beachten Sie, dass der Diffusionsprozess mithilfe der kinetischen Gastheorie erklärt werden kann. Diese besagt, dass jeder Stoff aus Molekülen besteht, die sich ständig und zufällig bewegen. Betrachten Sie dazu die Abbildung unten. Der Behälter ist vollständig mit Wasser gefüllt. Da die Tinte getropft wird, ist die Konzentration des Wassers an der Oberfläche höher als am Boden.
C1 ist ein zylindrischer Teil oder ein Teil des Wassers mit hoher Konzentration, während C2 Es handelt sich um einen zylindrischen Bereich oder einen Teil des Wassers mit niedriger Konzentration. Zur Vereinfachung der Analyse betrachten wir nur die Bewegungen der Tintenmoleküle im Zentrum des Zylinders.
Die Anzahl der Tintenmoleküle in C1 ist höher (hohe Konzentration) als die Tintenmoleküle in C2 (niedrige Konzentration). Da sich die Tintenmoleküle zufällig bewegen, sind die Tintenmoleküle in C1 Sie haben eine höhere Wahrscheinlichkeit, sich zur Zylindermitte (Δx) zu bewegen. Im Gegensatz dazu ist die Anzahl der Tintenmoleküle in C2 ist so klein, dass es sich nur geringfügig zur Zylindermitte (Δx) bewegen kann. Daher erfolgt ein Gesamtfluss von Tintenmolekülen von C aus.1 zu C2Die Forschungen des Physiologen Adolf Fick (1829–1901) ergaben, dass die Diffusionsrate direkt proportional zur Konzentrationsdifferenz (C) ist.2 - C1Je größer der Konzentrationsunterschied, desto höher die Flussrate der Stoffmoleküle.
Umgekehrt gilt: Je kleiner der Konzentrationsunterschied, desto geringer die Fließgeschwindigkeit der Stoffmoleküle. Dies entspricht unserer Erwartung, dass Konzentrationsunterschiede auch die Fließgeschwindigkeit der Moleküle beeinflussen. Neben dem Ortswechsel durch Diffusion können sich Stoffmoleküle (insbesondere gasförmige Stoffe) auch mithilfe des Windes von einem Ort zum anderen bewegen.
Anwendung der Diffusion im Alltag
Ohne Duftdiffusion könnte Ihre Liebste Ihr Parfüm nicht genießen. Ebenso wenig könnte der Duft von Mamas köstlicher Küche Ihre Tagträume vertreiben und Ihnen Lust auf das Essen machen. Duftdiffusion spielt auch eine wichtige Rolle für das Überleben von Menschen, Tieren, Pflanzen usw.
Pflanzen benötigen normalerweise Kohlendioxid (CO₂ ) für die Photosynthese. Da zwischen dem Blattinneren und der Luft ein Unterschied in der CO₂- Konzentration besteht, diffundieren die CO₂- Moleküle durch die Spaltöffnungen in das Blatt. Wasserdampf und Sauerstoff hingegen diffundieren 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 energieerzeugende Reaktion. Sauerstoffmoleküle gelangen durch Diffusion in die Zellen.
