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Diffusion


Definition:

Bei der Diffusion (lat. diffundere = ausbreiten) handelt es sich um einen passiv-ablaufenden Prozess, der die Tendenz von Teilchen beschreibt, sich gleichmдЯig in einem Raum zu verteilen. Auf diese Weise kommt es nach einer gewissen Zeit immer zur vollstдndigen Durchmischung zweier unterschiedlicher Stoffe (Konzentrationsausgleich). Das Prinzip der Diffusion gilt sowohl bei der Vermischung von Gasen, als auch bei Flьssigkeiten, weshalb die Redewendung der "Gleichverteilung im Raum" nicht zu eng ausgelegt werden darf. Prinzipiell findet Diffusion ьberall statt.
Um diesen Vorgang zu veranschaulichen, genьgt es schon, Tinte in ein Wasserglas zu geben:

Die Tinte vermischt sich langsam mit dem Wasser (Abbildung 2-3), bis am Ende nur noch eine homogene Flьssigkeit (Abbildung 4) besteht.
Ursache fьr die Diffusion ist der sogenannte "Random-Walk" der Teilchen, den man auch mit "Zufallsbewegung" ьbersetzen kцnnte. Dazu muss man wissen, dass sich Atome und Molekьle auf molekularer Ebene immer bewegen. Je wдrmer die Umgebungstemperatur, desto schneller bewegen sich die Teilchen. In diesem Zusammenhang wird auch von der brownschen Molekularbewegung gesprochen (benannt nach dem Entdecker Robert Brown). Erst bei einer Temperatur von ungefдhr -273,15 *C, dem absoluten Nullpunkt, bewegen sich die Teilchen nicht mehr. Den Einfluss der Temperatur auf die Vermischung zweier Stoffe hat sicherlich jeder schon einmal beim Kochen erlebt: In heiЯem Wasser lдsst sich alles leichter auflцsen, als in kaltem Wasser.
Auf der Abbildung links ist die Vermischung zweier unterschiedlicher Stoffe (gasfцrmig) im Rahmen der Diffusion dargestellt. Alle Teilchen bewegen sich zufдllig und ungerichtet in jede ihnen mцgliche Richtung. Untereinander prallen Teilchen mit anderen Teilchen aneinander, wodurch es stдndig zu Richtungswechseln kommt.
Langfristig fьhren diese ungerichteten Bewegungen der Teilchen zu einem Konzentrationsausgleich beider Stoffe, denn unter den Teilchen besteht, abgesehen von den richtungswechselnden Treffern, keine direkte Wechselwirkung. Jedes Teilchen bewegt sich fьr sich gesehen allein, unabhдgig und zufдllig im Raum, mit der Folge, dass es im Laufe der Zeit zu einer Vermischung kommt.
Diffusion ist ein stochastischer Prozess und daher mit Wahrscheinlichkeitsrechnung beschreibbar. Mit den entsprechenden Variablen kцnnte also ausgerechnet werden, wie lange es dauert, bis beide Stoffe sich vollstдndig durchmischt haben.