Diffusion (Stofftransport) Würfelzucker Zuckermolekül glucoseout FACILITATED DIFFUSION THROUGH MEMBRANE glucosein

Konzentrationsinhomogenitäten lösen Diffusion aus gelöster Stoff (Molekül) grosse Konzentration kleine Konzentration Diffusion (ausgiessen, verstreuen, ausbreiten): Konzentrationsausgleich durch thermische Bewegung der Teilchen bis zur homogenen Verteilung.

Diffusionsstromstärke (I): Molekulare Beschreibung der thermischen Bewegungen: Geschwindigkeit des Teilchen: u mittlere freie Weglänge: l mittlere Zeitspanne zw. Stössen: t

D: Diffusionskoeffizient (m2/s) 1. Ficksches Gesetz n− n+ In einer Zeitspanne von Dt: A v·Dt x Die Diffusionsstromstärke ist proportional zu dem Konzentrationsgradienten. D: Diffusionskoeffizient (m2/s) Awendung: Konzentrationsgradient nicht hängt von der Zeit ab (stationäre Diffusion) z. B. Diffusion in einer Zelle (die abschwächende Konzentration kann zurückgestellt werden durch Enzymreaktionen)

Diffusionskoeffizient D hängt von der Temperatur (T), Grösse der Teilchen (z. B. Radius, r), Viskosität des Mediums (h) ab. Einstein –Stokes Formel Für kugelförmige Teilchen: z.B. D ( m2/s ): CO2 in Luft (20 °C) 1,8·10−5 O2 in Luft (20°C) 2·10−5 O2 in Wasser (20 °C) 1·10−9 Glicin in Wasser (20 °C) 9·10−10 HSA in Wasser (20 °C) 6·10−11

2. Ficksches Gesetz nichtstationäre Diffusion verallgemeinerte Kontinuitätsgleichung 1. Ficksches Gesetz partielle Differenz allgemein, 3 Raumrichtungen

Analogie zw. Strömung und Diffusion Volumentransport Stofftransport 1. F. H-P Was verursacht den Transport? Konzentrations-gradient: Druckgradient Stoffmenge Was strömt? Volumen:

chemisches Normalpotential Chemisches Potential Diffusion ist getrieben durch Konzentrationsunterschiede und durch Temperaturunterschiede. Beide Faktoren sind zusammengefasst in dem chemischen Potential (m): c0 =1 mol/L, so chemisches Normalpotential Statt des Konzentrationsgradienten ist die richtige Triebkraft der chem. Potentialgradient:

Zufälliges „Streifen” Wie weit gelangen die Teilchen durch die thermische Bewegung? Zufälliges „Streifen” d t d = ? z.B. Diffusion von O2 im Gewebe: d t 0,5 mm 80ms 1 cm 9 h 1 m 11 Jahre !

Diffusion durch eine Membrane J Diffusionsstromdichte (J): c2 c1 Dx c1 > c2 Permeabilitätskoeffizient (m/s)

Diffusion von Ionen durch eine Membrane Im Gleichgewicht: F= 96500 C/mol Faraday-Konstante T Kation+ — mobil Anion− — immobil (p = 0) c1 > c2 m1 > m2

Das elektrochemische Potential Das chemische Potential treibt K-Ionen nach aussen. Das elektrische Potential hält Kationen in der Zelle zurück. elektrochemisches Potential Ladungzahl des Ions

Donnan-System c1 c2 Im Gleichgewicht: T cK ,1 > cK ,2 Kation+ — mobil Anion− — immobil (p = 0) Anion− — mobil für die mobilen Ionen: cK ,1 > cK ,2 Donnan-Spannung cA ,1 < cA ,2

ohne Wasser Osmose Unter Osmose versteht man den Nettofluss von Wasser durch eine Membrane hindurch (frei Diffusion nur für Wasser). ein Tag im Wasser Membrane: eine halbdurchlässige Wand osmotischer Druck: