Biologie · Klasse 11–12 · aktualisiert
Diffusion: Teilchenbewegung und Stofftransport
Warum verteilen sich Teilchen von selbst? Du lernst Nettotransport, dynamisches Gleichgewicht und Einflussfaktoren kennen.
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Kurz gesagt
Diffusion ist die Verteilung von Teilchen durch ihre zufällige Eigenbewegung. Bei einem Konzentrationsgefälle bewegen sich netto mehr Teilchen von hoher zu niedriger Konzentration. Nach dem Ausgleich bewegen sich die Teilchen weiter, aber ohne gerichteten Nettotransport.
Bei der Diffusion bewegen sich Teilchen ungeordnet. Sind sie ungleich verteilt, ergibt sich in der Bilanz ein Transport vom stärker zum schwächer konzentrierten Bereich. Sobald die Konzentrationen gleich sind, endet diese Nettobewegung; die einzelnen Teilchen bewegen sich weiter.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Gibst du einen Tropfen Tinte vorsichtig in Wasser, ist die Farbe zunächst an einer Stelle stark konzentriert. Nach einiger Zeit ist das Wasser auch ohne Umrühren gleichmäßig gefärbt. Die Teilchen bewegen sich ständig und stoßen mit anderen Teilchen zusammen. Dadurch wechseln sie zufällig ihre Richtung. An kleinen Schwebeteilchen lässt sich eine solche ungeordnete Bewegung als Brownsche Bewegung beobachten.
Definition
Diffusion
Diffusion ist die selbstständige Durchmischung von Teilchen durch ihre dauernde, zufällige Eigenbewegung. Dabei werden Konzentrationsunterschiede abgebaut. Der Vorgang ist passiv: Er benötigt keine zusätzliche Energiezufuhr durch die Zelle.
Beispiel
- 1In der Nähe eines Tintentropfens befinden sich zunächst viele Farbstoffteilchen, weiter entfernt nur wenige.
- 2Die Teilchen bewegen sich in alle Richtungen.
- 3Weil im stark gefärbten Bereich mehr Farbstoffteilchen starten, verlassen ihn insgesamt mehr Teilchen, als gleichzeitig dorthin zurückkehren.
- 4So breitet sich die Farbe aus.
Merke: Einzelne Teilchen bewegen sich zufällig. Erst die große Zahl der Teilchen führt zu einer vorhersagbaren Nettobewegung.
Teste dich
Die Konzentration beschreibt, wie viele Teilchen eines Stoffes pro Volumeneinheit vorhanden sind. Ein Unterschied zwischen zwei Bereichen heißt Konzentrationsgefälle oder Konzentrationsgradient.
Definition
Nettotransport
Nettotransport ist die Bilanz aller Teilchenbewegungen. Für die Diffusion gilt: Insgesamt gelangen mehr Teilchen vom Bereich hoher zum Bereich niedriger Konzentration als in die Gegenrichtung.
Beispiel
- 1Links befinden sich viele Sauerstoffteilchen, rechts nur wenige.
- 2Beide Bereiche sind miteinander verbunden und für Sauerstoff durchlässig.
- 3Sauerstoffteilchen bewegen sich in beide Richtungen.
- 4In der Bilanz gelangen aber mehr Teilchen von links nach rechts.
- 5Der Nettotransport verläuft deshalb nach rechts.
Beispiel: Du kannst die Richtung in drei Schritten bestimmen
- 1Vergleiche die Konzentration des betrachteten Stoffes in beiden Bereichen.
- 2Markiere den Bereich mit der höheren und den mit der niedrigeren Konzentration.
- 3Zeichne die Richtung des Nettotransports von hoch nach niedrig ein.
Teste dich
Sind die Konzentrationen gleich, liegt ein dynamisches Gleichgewicht vor. Dynamisch bedeutet: Die Teilchen stehen nicht still. Teilchen wechseln weiterhin zwischen den Bereichen. Pro Zeit bewegen sich aber im Mittel gleich viele Teilchen in die eine wie in die andere Richtung. Deshalb gibt es keinen gerichteten Nettotransport mehr. Diffusion läuft nicht immer gleich schnell. Entscheidend sind mehrere Bedingungen: Wärme ist hier nicht die Energiequelle eines aktiven Zelltransports. Sie verändert die Geschwindigkeit der ohnehin vorhandenen zufälligen Teilchenbewegung.
Merke: Konzentrationsausgleich bedeutet nicht Bewegungsstillstand. Er bedeutet: Die entgegengesetzten Teilchenströme sind gleich groß.
| Begriff | Bedeutung |
|---|---|
| Temperatur | Bei höherer Temperatur bewegen sich Teilchen schneller. Die Durchmischung wird schneller. |
| Konzentrationsunterschied | Ein größeres Gefälle führt zu einem stärkeren Nettotransport. |
| Strecke | Über eine kürzere Distanz wird der Ausgleich schneller erreicht. |
| Teilchengröße | Kleinere Teilchen diffundieren in der Regel schneller als größere. |
| Medium | In einem weniger zähflüssigen Medium können sich Teilchen leichter bewegen als in einem stärker zähflüssigen. |
Beispiel
- 1Je ein Tropfen desselben Farbstoffs kommt in ein Glas kaltes und ein Glas warmes Wasser.
- 2Im warmen Wasser bewegen sich die Teilchen schneller.
- 3Unter sonst gleichen Bedingungen verteilt sich der Farbstoff dort schneller.
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Eine Zellmembran ist selektiv permeabel: Sie lässt manche Stoffe direkt passieren, andere nur mithilfe bestimmter Proteine. Deshalb entscheidet nicht allein das Konzentrationsgefälle über den Transportweg. Kleine unpolare Moleküle wie Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid können ohne Transportprotein durch die Lipidschicht diffundieren. Ionen und manche größeren oder polaren Teilchen benötigen passende Kanäle oder Carrier; entlang des wirksamen Gradienten bleibt diese erleichterte Diffusion passiv. Kanäle bilden Durchgänge, Carrier binden passende Stoffe.
Bei Ionen beeinflusst neben der Konzentration auch die elektrische Spannung die Richtung. Die Richtungsaufgaben betrachten Fälle ohne entgegenwirkende elektrische Spannung. Gegen den wirksamen Gradienten reicht Diffusion nicht aus; aktiver Transport benötigt Energie. So können lebende Zellen Konzentrationsunterschiede aufrechterhalten. Die passive Wasserbewegung durch eine selektiv durchlässige Membran heißt Osmose und wird auf der eigenen Seite behandelt.
Beispiel: Ein kleiner Stoff verlässt die Zelle
- 1Ein kleines unpolares Molekül ist im Zellinneren stärker konzentriert als außerhalb.
- 2Es kann die Lipidschicht ohne Kanal oder Carrier passieren und bewegt sich zufällig in beide Richtungen.
- 3Netto gelangen zunächst mehr Moleküle nach außen. Das ist einfache Diffusion entlang des Konzentrationsgefälles.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Diffusion
Ursache
zufällige Eigenbewegung der Teilchen
Richtung
netto von hoher zu niedriger Konzentration
Zielzustand
dynamisches Gleichgewicht
Schneller durch
höhere Temperatur, größeres Gefälle, kürzere Strecke
Membrantransport
einfach oder durch Kanal und Carrier erleichtert
Abgrenzung
aktiver Transport benötigt Energie
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Duftstoff in zwei Räumen
- 1Ein geöffneter Durchgang verbindet zwei Räume. In Raum A ist die Duftstoffkonzentration höher als in Raum B.
- 2Duftstoffteilchen bewegen sich zufällig in beide Richtungen durch den Durchgang.
- 3Anfangs wechseln netto mehr Duftstoffteilchen von A nach B. Bei gleicher Konzentration bleibt die Teilchenbewegung, aber die Nettobewegung endet.
Fehler finden
Was passiert nach dem Ausgleich? In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Richtig: Es gibt keinen gerichteten Nettotransport mehr. Die zufällige Bewegung bleibt bestehen, aber die gegenläufigen Ströme gleichen sich aus.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Bei Diffusion bewegen sich einzelne Teilchen . Der Nettotransport verläuft bei einem Gefälle von Konzentration. Nach dem Ausgleich bewegen sich Teilchen weiter, aber der endet.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback