Diffusion tritt aufgrund der zufälligen Bewegung von Partikeln auf. Dies geschieht normalerweise aufgrund eines Konzentrationsgradienten, was bedeutet, dass sich Moleküle von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedrigerer Konzentration bewegen.
Ein Beispiel ist im Bild oben gezeigt. Wenn Farbstoff zu der Lösung hinzugefügt wird, diffundiert er mit der Zeit. Zuerst sieht man blaue Streifen, die sich durch die Lösung bewegen, bis schließlich die gesamte Lösung blau wird, weil die Farbstoffkonzentration überall gleich ist. Obwohl sich die Farbstoffmoleküle noch bewegen, können Sie sie zu diesem Zeitpunkt noch nicht wahrnehmen, da der blaue Farbstoff diffundiert und das gesamte Flüssigkeitsvolumen gefärbt hat.
Diffusion ist also a passiver Prozess (was bedeutet, dass keine Energiezufuhr erforderlich ist). Ein Stoff bewegt sich von einem Bereich hoher Konzentration in einen Bereich niedrigerer Konzentration. Diese Bewegung setzt sich fort, bis sich die Konzentration der Substanz ausgeglichen hat. Wenn sich die Konzentration angeglichen hat, bewegt sich die Substanz noch, hat aber keinen Konzentrationsgradienten mehr. Dieser Zustand heißt
Welche Faktoren beeinflussen die Diffusionsrate?
Moleküle bewegen sich aufgrund der Menge an thermischer Energie, die sie haben, ständig in Bewegung. Diese Bewegung wird durch die Größe des Partikels und die Umgebung, in der sich das Partikel befindet, beeinflusst. Partikel bewegen sich immer in einem Medium, aber die Gesamtdiffusionsrate kann durch viele Faktoren beeinflusst werden.
Konzentration: Die Diffusion von Molekülen hängt vollständig davon ab, sich von einem Bereich höherer Konzentration zu einem Bereich niedrigerer Konzentration zu bewegen. Mit anderen Worten, die Diffusion erfolgt entlang des Konzentrationsgradienten des fraglichen Moleküls. Wenn der Konzentrationsunterschied höher ist, gehen die Moleküle den Konzentrationsgradienten schneller hinunter. Bei einem geringeren Konzentrationsunterschied bewegen sich die Moleküle nicht so schnell und die Diffusionsgeschwindigkeit nimmt ab.
Temperatur: Teilchen bewegen sich aufgrund der mit ihnen verbundenen kinetischen Energie. Mit steigender Temperatur nimmt auch die kinetische Energie jedes Teilchens zu. Dadurch bewegen sich die Partikel schneller. Wenn sie sich schneller bewegen können, können sie auch schneller diffundieren. Umgekehrt, wenn die mit den Molekülen verbundene kinetische Energie abnimmt, nimmt auch ihre Bewegung ab. Als Ergebnis wird die Diffusionsgeschwindigkeit langsamer.
Masse des Teilchens: Schwerere Partikel bewegen sich langsamer und haben daher eine langsamere Diffusionsgeschwindigkeit. Kleinere Partikel hingegen diffundieren schneller, weil sie sich schneller bewegen können. Wie bei allen Faktoren, die die Diffusion beeinflussen, ist die Bewegung des Partikels von größter Bedeutung, wenn es darum geht, ob die Diffusion verlangsamt oder beschleunigt wird.
Lösungsmitteleigenschaften: Viskosität und Dichte beeinflussen die Diffusion stark. Wenn das Medium, durch das ein bestimmtes Partikel diffundieren muss, sehr dicht oder viskos ist, wird es dem Partikel schwerer fallen, hindurch zu diffundieren. Die Diffusionsgeschwindigkeit wird also geringer sein. Wenn das Medium weniger dicht oder weniger viskos ist, können sich die Partikel schneller bewegen und diffundieren schneller.
Alle die Diffusion beeinflussenden Faktoren können eine kombinierte Wirkung haben. Beispielsweise kann ein kleines Ion schneller durch eine viskose Lösung diffundieren als ein großes Zuckermolekül. Das Ion hat eine kleinere Größe und kann sich daher schneller bewegen. Das große Zuckermolekül bewegt sich aufgrund seiner Größe langsamer. Die Viskosität der Lösung beeinflusst beides, verstärkt aber die verlangsamte Diffusion, der das größere Molekül unterliegt.
Tipps
Jeder Faktor, der die Bewegung von Partikeln durch ein Medium beschleunigt, führt zu einer schnelleren Diffusionsrate.