Chemie · Klasse 5–9 · aktualisiert
Diffusion einfach erklärt: Teilchen in Bewegung
Wie sich Duft und Farbe von selbst verteilen: Diffusion im Teilchenmodell, der Einfluss von Temperatur und Strecke und typische Beispiele.
0 von 11 Aufgaben gelöst
Kurz gesagt
Diffusion ist die selbstständige Durchmischung von Stoffen durch die ständige, zufällige Bewegung ihrer Teilchen. Weil dort, wo viele Teilchen sind, auch mehr Teilchen losziehen, wandern insgesamt Teilchen zu Stellen mit wenigen Teilchen. So verteilt sich Parfümduft im Zimmer, unterstützt von Luftströmungen.
Diffusion ist die selbstständige Durchmischung von Stoffen durch die ständige, zufällige Bewegung ihrer Teilchen. Sind die Teilchen zuerst ungleich verteilt, wandern insgesamt mehr Teilchen von Stellen mit vielen Teilchen zu Stellen mit wenigen als umgekehrt. Mit der Zeit wird die Verteilung gleichmäßiger.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Öffnest du eine Parfümflasche, verteilen sich Duftteilchen nach und nach in der Luft. Gibst du einen Farbstoff in eine Flüssigkeit, kann sich die Farbe mit der Zeit im ganzen Gefäß ausbreiten. In beiden Fällen bewegen sich die Teilchen ständig und wechseln ihre Richtung zufällig.
Fachleute sprechen dabei von der Konzentration. Sie gibt an, wie viele Teilchen eines Stoffes sich in einem bestimmten Raumbereich befinden. „Hohe Konzentration“ heißt also: Hier sind viele Teilchen dieses Stoffes. Direkt an der geöffneten Flasche ist die Konzentration der Duftteilchen hoch, am anderen Ende des Zimmers niedrig.
Die Stoffteilchen bleiben bei diesem Vorgang dieselben. Sie werden nicht größer, verschwinden nicht und verwandeln sich nicht in Luftteilchen. Nur ihre Verteilung im Raum ändert sich.
Definition
Diffusion
Diffusion ist die selbstständige Durchmischung verschiedener Stoffe durch die ungerichtete Eigenbewegung ihrer Teilchen. Sie gleicht Unterschiede in der Konzentration aus.
Beispiel: Duft im Zimmer
- 1Zu Beginn sind viele Duftteilchen nahe an der geöffneten Flasche und kaum welche am anderen Ende des Zimmers.
- 2Durch ihre Zufallsbewegung verteilen sie sich.
- 3Die Teilchen kennen dabei kein Ziel und werden nicht „vom leeren Raum angezogen“.
Teste dich
Ein einzelnes Teilchen kann sich zu Stellen mit vielen oder mit wenigen Teilchen bewegen. Trotzdem entsteht bei sehr vielen Teilchen ein Netto-Transport: Insgesamt wechseln mehr Teilchen von der Stelle mit hoher Konzentration zur Stelle mit niedriger Konzentration als umgekehrt. „Netto“ heißt: Die Teilchen, die zurückwandern, sind schon abgezogen.
Sind die Teilchen gleichmäßig verteilt, hört ihre Bewegung nicht auf. In gleich langen Zeitabschnitten wechseln dann im Mittel gleich viele Teilchen in beide Richtungen. Von außen betrachtet bleibt die Verteilung gleich. Das nennt man ein dynamisches Gleichgewicht: Es herrscht Gleichgewicht, obwohl alles in Bewegung bleibt.
Beispiel: 1.000 Teilchen gegen 10
- 1Stell dir zwei gleich große Bereiche vor.
- 2Rechts befinden sich 1.000 Teilchen, links 10.
- 3Jedes einzelne Teilchen kann sich in verschiedene Richtungen bewegen.
- 4Weil rechts 100-mal so viele Teilchen sind, gibt es dort auch viel mehr Gelegenheiten für einen Wechsel nach links.
- 5Insgesamt wandern deshalb netto Teilchen nach links.
Merke: Zufällige Bewegung der einzelnen Teilchen kann insgesamt einen Transport in eine Richtung erzeugen: von Stellen mit vielen zu Stellen mit wenigen Teilchen, also von hoher zu niedriger Konzentration.
Teste dich
Bei höherer Temperatur bewegen sich die Teilchen im Mittel schneller. Unter sonst gleichen Bedingungen durchmischen sich die Stoffe dadurch auch schneller.
Auch die Strecke ist entscheidend. Unter sonst gleichen Bedingungen wächst die Zeit mit dem Quadrat der Strecke. Muss ein Stoff die doppelte Strecke zurücklegen, dauert es deshalb ungefähr viermal so lange. Diffusion wirkt darum vor allem über kleine Entfernungen.
Auch der Aggregatzustand spielt eine Rolle. Die Tabelle vergleicht Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe.
Merke: Höhere Temperatur → schnellere Teilchenbewegung → schnellere Diffusion.
Beispiel: Die doppelte Strecke
- 1Vergleiche zwei sonst gleiche Wege. Weg B ist doppelt so lang wie Weg A.
- 2Die Zeit wächst mit dem Quadrat der Strecke: 2 · 2 = 4.
- 3Weg B braucht also ungefähr viermal so lange wie Weg A.
| Zustand | Diffusion | Grund |
|---|---|---|
| gasförmig | vergleichsweise schnell | Die Teilchen bewegen sich schnell und haben viel Platz. |
| flüssig | meist langsamer als in Gasen | Die Teilchen stoßen sehr häufig zusammen. |
| fest | sehr langsam, aber möglich | Ortswechsel sind selten und nur über freie Plätze oder Lücken möglich. |
Teste dich
Im Alltag wirken oft mehrere Transportvorgänge gleichzeitig. Beim Parfüm im Zimmer können Luftströmungen die Duftteilchen viel schneller über größere Strecken tragen. Auch in einem Glas Wasser können Temperaturunterschiede Strömungen auslösen. Die beobachtete Ausbreitung darf deshalb nicht einfach ganz der Diffusion zugeschrieben werden.
Diffusion entsteht aus der zufälligen Teilchenbewegung. Strömung bewegt dagegen größere Stoffbereiche gemeinsam, etwa Luft durch einen Ventilator oder Wasser beim Umrühren.
Mit der Diffusion verwandt ist die Brownsche Bewegung: Unter dem Mikroskop zittern winzige sichtbare Körnchen in einer Flüssigkeit unregelmäßig hin und her. Diese Schwebeteilchen sind viel größer als die unsichtbaren Flüssigkeitsteilchen und werden ständig von ihnen angestoßen. Die Brownsche Bewegung ist also nicht dasselbe wie die Bewegung der unsichtbaren Teilchen selbst.
Beispiel: Ein möglichst ungestörter Versuch
- 1Ein Farbstofftropfen in ruhigem Wasser zeigt anschaulich eine langsame Durchmischung.
- 2Für einen möglichst reinen Diffusionsversuch müssen Erschütterungen und Temperaturunterschiede klein sein.
- 3Besonders deutlich wird der langsame Vorgang, wenn eine gefärbte Flüssigkeit vorsichtig unter eine sehr zähe Flüssigkeit geschichtet wird, die bei gleichem Volumen leichter ist.
Definition
Osmose
Osmose ist ein besonderer Fall der Diffusion: Ein Lösungsmittel, zum Beispiel Wasser, wandert durch eine sehr dünne Trennwand, eine Membran, die den gelösten Stoff nicht durchlässt. Nicht jede Diffusion mischt also einfach zwei frei aneinandergrenzende Stoffbereiche.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Diffusion
Ursache
ständige zufällige Bewegung der Teilchen, die dabei unverändert bleiben
Wirkung
Ungleiche Verteilungen gleichen sich aus
Gleichgewicht
Die Teilchen bewegen sich weiter, aber ohne Netto-Transport
Temperatur und Strecke
Wärme beschleunigt, lange Strecken verlängern die Zeit stark
Zustand
in Gasen meist schneller als in Flüssigkeiten und Feststoffen
Abgrenzung
Strömung bewegt Stoffbereiche gemeinsam, Osmose läuft durch eine Membran
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Wie lange dauert eine längere Strecke?
- 1Aufgabe: Ein Farbstoff breitet sich in ruhigem, überall gleich warmem Wasser aus. Angenommen, er braucht für 1 mm etwa 10 Minuten. Wie lange braucht er ungefähr für 3 mm und für 1 cm?
- 2Regel: Die Zeit wächst mit dem Quadrat der Strecke.
- 33 mm sind dreimal so weit wie 1 mm. Rechnung: 3 · 3 = 9. Die Zeit ist also 9 · 10 min = 90 min.
- 41 cm = 10 mm, also zehnmal so weit. Rechnung: 10 · 10 = 100. Die Zeit ist also 100 · 10 min = 1.000 min, das sind mehr als 16 Stunden.
- 5Ergebnis: Diffusion wirkt vor allem über kurze Strecken. Über große Strecken sind Strömungen meist viel schneller.
Fehler finden
Der Teebeutel In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 4Die Farbteilchen haben kein Ziel. Richtig: „Die Farbteilchen bewegen sich zufällig; weil am Beutel viel mehr Teilchen starten, wandern insgesamt mehr zum Rand als zurück.“
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Bei der Diffusion bewegen sich die Teilchen . Insgesamt wandern mehr Teilchen von Stellen mit Teilchen zu Stellen mit wenigen. Bei höherer Temperatur verläuft die Diffusion .
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback