Diffusion und Osmose

<strong>Osmose</strong> 1<br />

<strong>Diffusion</strong> <strong>und</strong> <strong>Osmose</strong><br />

In flüssigen oder gasförmigen Medien sind die Moleküle in ständiger Bewegung. Sie<br />

bewegen sich gradlinig, bis sie auf ein anderes Molekül stossen. Diese Bewegung führt mit<br />

der Zeit zu eiener gleichmässigen Verteilung der Moleküle im zur Verfügung stehenden<br />

Raum, so dass ihre Konzentration überall gleich wird. Die Ausbreitung der Teilchen, die<br />

zum Konzentrationsausgleich führt, bezeichnet man als <strong>Diffusion</strong>.<br />

Was bezeichnet man als Konzentration?<br />

Die Konzentration eines Stoffes ist die Anzahl seiner Teilchen (Moleküle) pro<br />

Volumeneinheit.<br />

Die Einheit der Konzentration ist das Mol/Liter. Ein Mol ist die Masse von 6.022x10 23<br />

Molekülen.<br />

Ein Mol bedeutet auch die der Molekülmasse (oft auch als Molekulargewicht bezeichnet)<br />

entsrechende Anzahl Gramm.<br />

Beispiele:<br />

- Wasserstoff H 2 MG= 2 1 Mol = 2g<br />

- Wasser H 2 O MG=18 1 Mol = 18g<br />

- Alkohol CH 3 CH 2 OH MG=46 1 Mol = 46g<br />

2g Wasser enthalten also gleich viele Moleküle wie 46g Alkohol.<br />

Beispiele zur <strong>Diffusion</strong>:<br />

- Duftmoleküle breiten sich im Zimmer aus,<br />

- Ammoniakmoleküle breiten sich in einem Glasrohr aus <strong>und</strong> reagieren mit<br />

Indikatorpapier.<br />

- Ein Tropfen Farbstoff breitet sich in Wasser aus.<br />

Schichten wir in einem Gefäss sorgfältig<br />

zwei Lösungen verschiedener Konzentration<br />

übereinander, so führt die <strong>Diffusion</strong> dazu,<br />

dass sich allmählich die gelösten Teichen<br />

vom Gebiet mit der höheren Konzentration<br />

zu dem mit der niedrigen ausbreiten, bis sie<br />

gleichmässig in der ganzen Lösung verteilt<br />

sind. Ist dieser Zustand einmal erreicht, bleibt<br />

er stabil, obwohl sich die Teilchen weiterhin<br />

bewegen.<br />

The Geschwindigkeit der <strong>Diffusion</strong><br />

Die <strong>Diffusion</strong>sgeschwindigkeit hängt ab von der Geschwindigkeit, mit der sich die einzelnen<br />

Teilchen bewegen<strong>und</strong> damit von den folgenden Faktoren:<br />

- Temperatur. Bei hohen Temperaturen bewegen sich die Moleküle schneller.<br />

- Aggregatszustand. In Gasen haben die Moleküle grössere Abstände von einander <strong>und</strong><br />

können sich daher weiter bewegen, bevor sie kollidieren, in Flüssigkeiten werden sie<br />

früher aus ihrer Bahn abgelenkt, in Festkörpern sind sie praktisch an ihrem Ort fixiert.<br />

- Molekülmasse. Kleinere Moleküle bewegen sich schneller als grosse.<br />

Die Bewegung der Moleküle lässt sich nicht direkt beobachten. Bringen wir jedoch einen<br />

Tropfen Wasser unter das Mikroskop, der feine Partikel von Tusche oder feine Fettröpfchen<br />

(Milch) enthält, so sehen wir, dass diese in ständiger Zitterbewegung sind, da sie von dem<br />

Wassermolekülen geschubst werden.<br />

Dieses Phänomen nennt man „Brown‘sche Bewegung“.

---

<strong>Osmose</strong> 2<br />

<strong>Osmose</strong><br />

Trennen wir zwei Lösungen unterschiedlicher Konzentration voneinander durch eine<br />

Membran, die sehr feine Poren besitzt, gross genug um Moleküle des Lösungsmittels (z.B.<br />

Wasser) durchzulassen, zu klein jedoch für die gelösten Teilchen (Salz-Ionen oder<br />

Zuckermoleküle), dann kann ein Konzentrationsausgleich nur durch eine <strong>Diffusion</strong> des<br />

Lösungsmittels durch die Membran erreicht werden.<br />

Solch eine <strong>Diffusion</strong> durch eine semipermeable (selektiv permeable) Membran nennt man<br />

<strong>Osmose</strong>.<br />

Auf der Seite der höheren<br />

Konzentration(rechts) gibt es weniger<br />

Lösungsmittelmoleküle pro Volumeneinheit,<br />

daher diff<strong>und</strong>ieren pro Zeiteinheit mehr<br />

Lösungsmittelmoleküle von links nach rechts.<br />

Die grossen Zuckermoleküle passen nicht<br />

durch die Poren der semipermeablen Membran.<br />

Ist der Behälter der höheren Konzentration<br />

offen, so wird das Volumen der Lösung hier<br />

zunehmen, die Konzentration jedoch durch<br />

das einströmende Lösungsmittel verdünnt.<br />

In einem geschlossenen Behälter wird durch<br />

den Einstrom der Druck erhöht, bis er ein<br />

weiteres Eindringen von Lösungsmittel verhindert.<br />

h<br />

Lösung<br />

In einem Osmometer wird die Lösung im<br />

Steigrohr aufsteigen, bis der hydrostatische<br />

Druck der Flüssigkeitssäule weiteres Lösungsmittel<br />

am eindringen hindert.<br />

In diesem Gleichgewichtszustand entspricht<br />

der hydrostatische Druck der Flüssigkeit<br />

deem osmotischen Druck der Lösung im<br />

Osmometer.<br />

Wasser<br />

semipermeable<br />

Membran

---

Universität Leipzig<br />

Fakultät für Physik <strong>und</strong> Geowissenschaften<br />

6.5 <strong>Diffusion</strong> <strong>und</strong> <strong>Osmose</strong><br />

Studiengang Veterinärmedizin<br />

Fach Physik<br />

65-1/4<br />

Bildquelle:<br />

Ulrich Haas: Physik für Pharmazeuten <strong>und</strong> Mediziner<br />

6. Auflage, Wissenschaftliche Verlagsgesellschft mbH - Stuttgart – 2002<br />

Bildquelle:<br />

Ulrich Haas: Physik für Pharmazeuten <strong>und</strong> Mediziner<br />

6. Auflage, Wissenschaftliche Verlagsgesellschft mbH - Stuttgart – 2002

---

Universität Leipzig<br />

Fakultät für Physik <strong>und</strong> Geowissenschaften<br />

Studiengang Veterinärmedizin<br />

Fach Physik<br />

65-2/4<br />

Bildquelle:<br />

Werner Giese: Kompendium der Physik für Veterinärmediziner<br />

Ferdinand Enke - Stuttgart - 1997<br />

Bildquelle:<br />

Ulrich Haas: Physik für Pharmazeuten <strong>und</strong> Mediziner<br />

6. Auflage, Wissenschaftliche Verlagsgesellschft mbH - Stuttgart – 2002

---

Universität Leipzig<br />

Fakultät für Physik <strong>und</strong> Geowissenschaften<br />

Studiengang Veterinärmedizin<br />

Fach Physik<br />

65-3/4<br />

Bildquelle:<br />

Ulrich Haas: Physik für Pharmazeuten <strong>und</strong> Mediziner<br />

6. Auflage, Wissenschaftliche Verlagsgesellschft mbH - Stuttgart – 2002<br />

Bildquelle:<br />

Werner Giese: Kompendium der Physik für Veterinärmediziner<br />

Ferdinand Enke - Stuttgart - 1997

---

Universität Leipzig<br />

Fakultät für Physik <strong>und</strong> Geowissenschaften<br />

Studiengang Veterinärmedizin<br />

Fach Physik<br />

65-4/4<br />

<strong>Diffusion</strong> von Gasen<br />

Bildquelle:<br />

Werner Giese: Kompendium der Physik für Veterinärmediziner<br />

Ferdinand Enke - Stuttgart – 1997<br />

Gase in Flüssigkeiten