Diffusion und osmose vergleich

Diffusion und Osmose (Vertiefungswissen)

Hallo! Hast du schon einmal gesehen, was passiert, wenn man einen Spritzer blaue Tinte in ein Wasserglas gibt und dieses dann nicht bewegt? Zunächst siehst du ziemlich deutlich die dunkelblauen Schlieren der Tinte. Nach einigen Stunden hat sich die Tinte in dem Wasser verteilt und die Flüssigkeit hat eine gleichmäßig blaue Farbe.

Diese Beobachtung lässt sich einfach mit Diffusion erklären. Diese möchte ich dir in diesem Video zusammen mit der Osmose erläutern. Dabei wirst du auch sehen, welche Bedeutung Diffusion und Osmose für tierische und pflanzliche Zellen haben.

Wenn man einen Spritzer Tinte in ein Wasserglas gibt, verteilen sich die Tinteteilchen nach einiger Zeit gleichmäßig. Von Diffusion spricht man also dann, wenn aufgrund der so genannten Brown’schen Molekularbewegung, also der Eigenbewegung der Teilchen, ein ungehinderter Konzentrationsausgleich stattfindet.

Dieser Konzentrationsausgleich sorgt dafür, dass Teilchen von einem Ort mit hoher Konzentration zum Ort mit niedriger Konzentration strömen. In unserem Beispiel also vom Tintespritzer in das umgebene Wasser hinein. Alle Teilchen besitzen eine Brown’sche Molekularbewegung, also auch Wasserteilchen, so dass sich auch die Wasserteilchen zwischen die Tinteteilchen bewegen.

Diffusion läuft überall dort ab, wo ein Konzentrationsgefälle zwischen zwei mischbaren Stoffen vorliegt. Das kann bei zwei Flüssigkeiten der Fall sein, bei einem Feststoff und einer Flüssigkeit, z.B. dann wenn man ein Salz in Wasser auflöst, aber auch bei zwei Gasen oder bei einem Gas und einer Flüssigkeit. Diffusion läuft so lange ab, bis der Konzentrationsunterschied zwischen den zwei Stoffen ausgeglichen ist. Hast du eine Idee, welche Faktoren die Geschwindigkeit von Diffusion beeinflussen?

Da gibt es einige Regeln: Je höher die Temperatur, desto höher die Diffusionsgeschwindigkeit. Je kürzer die zu diffundierende Strecke, desto schneller erfolgt der Diffusionsvorgang. Außerdem hängt die Diffusionsgeschwindigkeit von dem Konzentrationsunterschied der beiden Stoffe ab: Je höher der Konzentrationsunterschied ist, desto schneller läuft die Diffusion ab. Merke dir außerdem, dass Teilchen mit einer geringen Molekülmasse schneller diffundieren können als solche mit einer hohen Molekülmasse.

Aber welche Bedeutung hat nun die Diffusion für eine Zelle oder einen ganzen Organismus? Das wird deutlich, wenn wir uns die Diffusion durch eine Zellmembran näher anschauen, die man auch als Osmose bezeichnet. Eine Zellmembran ist nämlich nur für Wasser durchlässig, nicht aber für die darin gelösten Salze, Zucker und Proteine. Man sagt auch, sie ist semipermeabel, also halbdurchlässig.

Stell dir nun vor, du hast eine Zuckerlösung, die durch eine solche semipermeable Membran von reinem Wasser getrennt ist. Was passiert? Die Zuckerteilchen können die Membran nicht passieren, da sie für solche Teilchen nicht durchlässig ist. Wasserteilchen können dagegen ungehindert passieren.

Sie diffundieren von dem Ort der höheren Wasserkonzentration, also dem reinen Wasser, zu dem Ort der niedrigeren Wasserkonzentration, also der Zuckerlösung. Dadurch steigt der Flüssigkeitsstand in der Kammer mit der Zuckerlösung an. Die Kraft, mit der das Wasser in die Zuckerlösung hineingezogen wird, bezeichnet man auch als osmotischen Druck. Dieser ist natürlich umso höher, je größer der Konzentrationsunterschied an gelösten Teilchen ist. Somit wandern mehr Wassermoleküle durch die semipermeable Membran. Mit einem Osmometer kann man den osmotischen Druck einer Lösung bestimmen.

Hier wird die zu messende Lösung durch eine semipermeable Membran getrennt und aufgrund von Osmose wandern Wasserteilchen in die zu messende Lösung. Diese steigt in einem Steigrohr an und der osmotische Wert der Lösung kann abgelesen werden.

Osmose findet in allen pflanzlichen und tierischen Zellen statt. Es handelt sich dabei um einen passiven Vorgang, der keinerlei Energie benötigt. Wusstest du, dass man Osmose bei einer lebenden Zelle unter dem Mikroskop beobachten kann? Gibt man zu einer Epidermis der roten Küchenzwiebel eine hochkonzentrierte Zuckerlösung, so wandert Wasser aus den Zellen hinaus und die Zellsaftvakuole zieht sich zusammen. Der Protoplast schrumpft. Dieser Vorgang heißt Plasmolyse.

Legt man die Zwiebelepidermis wieder in destilliertes Wasser, so wandert Wasser in die Zellen hinein und die Plasmolyse wird wieder rückgängig gemacht. Dieses nennt man Deplasmolyse. Die Zellen sind wieder prall mit rotem Zellsaft gefüllt.

Du fragst dich, wann Osmose überhaupt wichtig ist? Denke an die im Meerwasser lebenden Organismen wie z.B. Fische. Aus ihren Zellen strömt laufend Wasser ins umgebende Meerwasser hinaus, so dass solche Meerwasserfische z.b. laufend große Mengen an Wasser aufnehmen müssen, um nicht auszutrocknen.

Im Süßwasser lebende Organismen haben das gegenteilige Problem: Bei ihnen besitzen die Körperzellen eine höhere Konzentration an gelösten Stoffen als das umgebende Wasser. Ihre Zellen nehmen aufgrund von Osmose ständig Wasser auf und dieses muss natürlich wieder ausgeschieden werden. Beides sind Beispiele für die so genannte Osmoregulation.

Du weißt jetzt, dass sich ein Spritzer Tinte in einem Wasserglas aufgrund von Diffusion gleichmäßig verteilt. Dafür ist die Brown’sche Molekularbewegung verantwortlich. Die Diffusionsgeschwindigkeit wird von der Temperatur, der zu diffundierenden Strecke, dem Konzentrationsunterschied und der Molekülmasse beeinflusst. Osmose bezeichnet die einseitig gerichtete Diffusion durch eine semipermeable Membran, wie sie z.B. die Zellmembran darstellt. Osmose spielt z.B. bei der Osmoregulation von Meer- und Süßwasserfischen eine wichtige Rolle.

Tschüss.

Diffusion ist ein physikalischer Prozess, der sich auf die spontane Bewegung von Partikeln von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration bezieht. Konzentration bezieht sich darauf, wie viel sich ein bestimmtes Objekt oder Partikel in einem bestimmten Raum befindet. Gase und Moleküle in einer Flüssigkeit haben die Tendenz, von einer konzentrierteren Umgebung in eine weniger konzentrierte Umgebung zu diffundieren.

Das übergeordnete Ziel der Diffusion besteht darin, dass die Partikel oder Objekte ein Gleichgewicht erreichen. Gleichgewicht ist, wenn die Menge der Partikel oder Objekte in einer Lösung gleich ist oder gleichmäßig über einen bestimmten Bereich verteilt ist. Die zwei wichtigsten Arten der Verbreitung sind:

• Einfache Diffusion
• Erleichterte Diffusion

Faktoren, die die Diffusion beeinflussen

• Temperatur: Eine Temperaturerhöhung erhöht die kinetische Energie der Teilchen, was schließlich zu einer Erhöhung ihrer Geschwindigkeit führt. Diese hohe Geschwindigkeit führt zu einer hohen Diffusionsrate.
• Oberfläche: Je größer die Oberfläche, desto höher die Anzahl der Partikel, die sich in einer bestimmten Zeit bewegen können, also desto schneller die Geschwindigkeit.
• Diffusionsmedium: Die Anwesenheit von Partikeln in einem Diffusionsmedium wirkt als Diffusionsbarriere. Je mehr Partikel, desto geringer die Diffusionsrate, desto geringer die Partikel, desto höher die Diffusionsrate.
• Dichte des diffundierenden Stoffes: Je höher die Dichte des diffundierenden Stoffes, desto geringer die Diffusionsrate, desto geringer die Dichte, desto höher die Diffusionsrate.
• Konzentrationsgradient: Der Konzentrationsgradient ist die Anzahl der gelösten Moleküle, die in einem bestimmten Volumen gefunden werden können. Im Allgemeinen ist die Diffusionsgeschwindigkeit umso größer, je größer der Konzentrationsgradient ist.

1. Diffusion ist eine spontane Bewegung von Partikeln von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration.
2. Diffusion kann zwischen jedem Medium auftreten, wie Gas zu Gas, Flüssigkeit zu Flüssigkeit, Flüssigkeit zu Gas, Fest zu Gas und Fest zu Flüssigkeit.
3. Die Bewegung der Partikel ist direkt und erfordert keine semipermeable Membran.
4. Dem Diffusionsprozess kann weder entgegengewirkt noch umgekehrt werden.
5. Hydrostatischer oder Turgordruck funktioniert normalerweise nicht bei der Diffusion.
6. Zwischen ähnlichen oder unterschiedlichen Lösungsmitteltypen kann eine Diffusion auftreten.
7. Am Ende des Diffusionsprozesses wird die Konzentration der diffundierenden Partikel ausgeglichen.
8. Bei der Diffusion kann der Partikelfluss in alle Richtungen erfolgen.
9. Die Diffusion eines Stoffes ist weitgehend unabhängig von der Anwesenheit anderer Stoffe.
10. Die Diffusion hängt ausschließlich von der freien Energie der diffundierenden Moleküle/Substanz ab.
11. Die Diffusion wird nicht durch das Potential des gelösten Stoffes beeinflusst.
12. Diffusion hilft beim Gasaustausch während der Atmung, Photosynthese und Transpiration.
13. Die zwei Hauptarten der Diffusion sind die einfache Diffusion und die erleichterte Diffusion.
14. Die Diffusionsbewegung soll die Konzentration (Energie) im gesamten System ausgleichen.

Beispiele für Diffusion

• Ein Teebeutel, der in eine Tasse heißes Wasser getaucht wird, diffundiert in das Wasser und ändert seine Farbe.
• Ein Sprühnebel oder Raumerfrischer wird in die Luft diffundiert, wodurch wir den Geruch wahrnehmen.
• Zucker löst sich gleichmäßig im Tee auf und süßt den Tee, ohne ihn umrühren zu müssen.
• Rauch von Zigaretten wird in die Luft zerstreut und breitet sich im ganzen Raum aus. 

Bedeutung der Diffusion

• Während der Atmung hilft die Diffusion, das Kohlendioxidgas durch die Zellmembran in das Blut zu diffundieren.
• Bei allen Pflanzen diffundiert das im Boden vorhandene Wasser durch ihre Wurzelhaarzellen in die Pflanzen.
• Die Bewegung von Ionen durch die Neuronen, die elektrische Ladung erzeugen, ist auf Diffusion zurückzuführen.
• Lebensmittelfarbe in Wasser diffundiert, bis sie gleichmäßig in der Flüssigkeit verteilt ist.

Was ist Osmose?

 Osmose ist eine spontane Bewegung von Lösungsmittelmolekülen von einem Bereich niedriger Konzentration zu einem Bereich hoher Konzentration durch eine semipermeable Membran, was zu einem Ausgleich der Konzentration des gelösten Stoffes auf beiden Seiten der Membran führt.

Osmose beschäftigt sich mit chemischen Lösungen. Lösungen bestehen aus zwei Teilen, einem Lösungsmittel und einem gelösten Stoff. Wenn sich ein gelöster Stoff in einem Lösungsmittel löst, wird das Endprodukt als Lösung bezeichnet. Salzwasser ist ein Beispiel für eine Lösung; Salz ist ein gelöster Stoff und Wasser ist das Lösungsmittel. Wenn zwei Lösungen unterschiedlicher Konzentration durch eine semipermeable Membran getrennt sind, dann wird das Lösungsmittel dazu neigen, von der weniger konzentrierten zur stärker konzentrierten Lösung über die Membran zu diffundieren. Soweit Osmose betroffen ist; eine Lösung wird als hypotonisch hypertonisch und isotonisch klassifiziert .

Hypotone Lösung ist eine hochkonzentrierte Lösung, während isotonische Lösung eine gleich konzentrierte Lösung ist, während hypotone Lösung eine niedrig konzentrierte Lösung ist.

Die zwei Hauptarten der Osmose sind:

• Endosmose (osmotischer Eintritt von Wasser in eine Zelle, ein Organ oder ein System).
• Exosmose (osmotischer Wasserentzug aus einer Zelle, einem Organ oder System).

Die Richtung und Geschwindigkeit der Osmose hängt von der Summe zweier Kräfte ab, dem Druckgradienten und dem Konzentrationsgradienten. Die Nettokraft oder der Gradient wird durch die Differenz der Wasserpotentiale der durch eine semipermeable Membran getrennten Lösungen bestimmt.

Was Sie über Osmose wissen müssen

1. Osmose ist eine spontane Bewegung von Lösungsmittelmolekülen von einem Bereich niedriger Konzentration zu einem Bereich hoher Konzentration durch eine semipermeable Membran.
2. Osmose kann nur durch eine semipermeable Membran erfolgen.
3. Die Bewegung der Moleküle erfolgt durch die halbdurchlässige Osmose.
4. Die Osmose kann durch Druckanwendung auf der Lösungsseite rückgängig gemacht oder gestoppt werden.
5. Der Osmose wird durch Turgor oder hydrostatischen Druck des Systems entgegengewirkt.
6. Osmose kann nur zwischen ähnlichen Arten von Lösungsmitteln stattfinden.
7. Am Ende der Osmose wird die Konzentration des Lösungsmittels nicht ausgeglichen.
8. Bei der Osmose erfolgt der Partikelfluss nur in eine Richtung.
9. Osmose ist abhängig von der Anzahl der Partikel anderer in Flüssigkeit gelöster Substanzen.
10. Die Osmose hängt vom Grad der Reduktion der freien Energie eines Lösungsmittels gegenüber dem eines anderen ab.
11. Die Osmose wird durch das Lösungspotential beeinflusst.
12. Osmose beeinflusst die Verteilung von Nährstoffen und die Freisetzung von Stoffwechselschlacken. Bei Pflanzen ist die Osmose teilweise verantwortlich für die Aufnahme von Bodenwasser und für die Flüssigkeitsaufnahme in die Blätter der Pflanze.
13. Die beiden Hauptarten der Osmose sind Endosmose und Exosmose .
14. Die Osmosebewegungen versuchen, die Lösungsmittelkonzentration auszugleichen, obwohl dies nicht erreicht wird.

Beispiele für Osmose

• Ein Beispiel für Osmose ist die Bewegung von Wasser in Haarwurzelzellen.
• Anschwellen der roten Blutkörperchen beim Eintauchen in Süßwasser

Biologische Bedeutung der Osmose

• Lebende Zellen bleiben nur durch den osmotischen Eintritt von Wasser in sie aufgebläht oder geschwollen.
• Osmose trägt maßgeblich zur Regulierung des Blutvolumens und der Urinausscheidung bei
• Durch die Osmose wird der Flüssigkeitshaushalt der verschiedenen Kompartimente des Körpers aufrechterhalten.
• Pflanzen nehmen durch den Prozess der Osmose über ihre Wurzel große Mengen Wasser aus dem Boden auf.
• Die Bewegung des Wassers von Zelle zu Zelle erfolgt durch Osmose.
• Es hilft jungen Sämlingen, aus dem Boden zu kommen.
• Es steuert das Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen während der Transpiration durch seine Regulierung der Turgidität der Schließzellen.

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Unterschied zwischen Diffusion und Osmose in Tabellenform

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