Was ist Diffusion?
Im Allgemeinen bedeutet Diffusion einfach die Ausbreitung eines Stoffes oder einer Qualität aus einem Gebiet mit relativ hoher Konzentration in ein Gebiet mit niedriger Konzentration. Der Begriff wird am häufigsten verwendet, um den Prozess zu beschreiben, mit dem Moleküle verschiedener Typen durch ihre zufälligen Bewegungen eine gleichmäßige Konzentration erreichen, nachdem sie anfänglich ungleichmäßig verteilt wurden. Dies wird manchmal als molekulare Diffusion bezeichnet und spielt in vielen Bereichen der Physik, Chemie und Biologie eine Schlüsselrolle. Es hängt eng mit der Art und Weise zusammen, in der Zellen Nährstoffe aufnehmen. Ohne sie könnte das Leben nicht existieren. Der Begriff kann sich auch auf die Verbreitung von Wärme oder Licht oder im Kontext der Sozialwissenschaften auf die Verbreitung von Ideen oder Innovationen durch die Gesellschaft beziehen.
Molekulare Diffusion
Moleküle sind aufgrund der Wärme ständig in Bewegung; selbst bei extrem niedrigen temperaturen ist etwas wärmeenergie vorhanden, die den partikeln eine thermische bewegung verleiht. In Festkörpern werden die Partikel in einer relativ starren Struktur gehalten und können nicht zu weit von ihren Ausgangspositionen abweichen. In Flüssigkeiten und Gasen können sie sich jedoch auf weniger eingeschränkte Weise frei bewegen. Diese Bewegung ist zufällig, da die Moleküle ständig voneinander abprallen, so dass sich kein Gesamtmuster ergibt. Diese zufällige Bewegung ermöglicht die Diffusion. Die Geschwindigkeit, mit der das Phänomen auftritt, steigt mit der Temperatur, wenn die Geschwindigkeit, mit der sich die Teilchen bewegen, zunimmt.
Wenn zwei verschiedene Gase mit der gleichen Temperatur miteinander in Kontakt gebracht werden, werden sie sich im Laufe der Zeit durch die zufällige Bewegung ihrer Moleküle mischen, bis sie gleichmäßig verteilt sind, ohne den Einfluss eines externen Faktors. Ein ähnliches Phänomen kann häufig bei zwei verschiedenen Flüssigkeiten beobachtet werden, aber manchmal mischen sich die Flüssigkeiten aufgrund chemischer Faktoren nicht. Zum Beispiel führt die Zugabe von Pflanzenöl zu Wasser nicht zur Diffusion. Wenn ein Feststoff in einer Flüssigkeit gelöst wird, diffundieren seine Moleküle durch die Flüssigkeit.
In Flüssigkeiten, die sich mischen, kann eine Diffusion beobachtet werden, wenn die Flüssigkeiten unterschiedliche Farben haben. Dieses Phänomen sollte jedoch nicht mit Konvektion oder Advektion verwechselt werden, die die Massenbewegung von Flüssigkeiten durch Ströme beinhalten, die eine Energiequelle erfordern. Diffusion ist eine Form des so genannten passiven Transports, dh Bewegung, die ohne zusätzlichen Energiebedarf stattfindet. In dem oft zitierten Beispiel eines Farbstofftropfens, der einem Glas Wasser zugesetzt wird, beruht ein Großteil der Vermischung auf den Strömen, die durch die anfängliche Bewegung des Farbstofftropfens unter der Schwerkraft erzeugt werden. In Experimenten, die diese und ähnliche Effekte eliminieren, kann eine echte Diffusion beobachtet werden. Beispielsweise kann man sehen, dass gefärbtes Wasser durch ein Gel diffundiert, aber dies ist ein viel langsamerer Prozess.
Bedeutung für das Leben
Die Diffusion spielt auch eine Rolle bei den Prozessen im Leben einer Zelle, insbesondere beim Transport von Nährstoffen, Aminosäuren und anderen essentiellen Substanzen von einem Ort zum anderen. Osmose, der Vorgang, bei dem Moleküle über die Wände und Membranen einzelner pflanzlicher und tierischer Zellen transportiert werden, ist eine Form der Diffusion. Eine Zellwand ist eine selektiv durchlässige Membran oder eine Membran, durch die bestimmte Moleküle hindurchtreten können, andere jedoch nicht. Befindet sich auf einer Seite einer Membran eine Lösung mit hoher Konzentration, während sich auf der anderen Seite dieselbe Lösung mit niedrigerer Konzentration befindet, tendiert das Lösungsmittel dazu, sich in den Bereich mit höherer Konzentration zu bewegen, bis die beiden Lösungen ein Gleichgewicht erreichen . Dies kann nur auftreten, wenn die Moleküle des gelösten Stoffes - die gelöste Substanz - größer sind als die des Lösungsmittels. Die kleineren Lösungsmittelmoleküle können die Membran passieren, während die größeren zu groß sind und auf der anderen Seite bleiben müssen.
Andere Formen der Verbreitung
Diffusion kann auch die Ausbreitung von Wärme durch einen Feststoff bedeuten, obwohl dies üblicherweise als Wärmeleitung bezeichnet wird, und die Ausbreitung von Licht durch eine durchscheinende Substanz - zum Beispiel Milchglas in einer Glühbirne, die verwendet wird, um ein „diffuses“ Licht bereitzustellen, das mehr ist angenehm für das Auge. Außerhalb des physikalischen Kontextes kann der Begriff verwendet werden, um die Verbreitung einer Idee oder einer innovativen Technologie durch eine Bevölkerung durch Kontakt zwischen Menschen, Konformität innerhalb einer Gruppe oder durch Beobachtung der Vorteile für andere zu beschreiben.