Diffusionsversuche

Diffusionsversuche sind wissenschaftliche Experimentierübungen, die die Ausbreitung von Substanzen durch Diffusion demonstrieren. Sie illustrieren, wie Teilchen sich aufgrund eines Konzentrationsgefälles bewegen und damit zentrale Konzepte der Transportprozesse in Chemie, Physik und Biologie. In der Praxis werden Diffusionsvorgänge oft durch Farbstoffe oder Gase sichtbar gemacht.

Historisch spielte der Diffusionsversuch eine wichtige Rolle bei der Bestätigung der molekularen Welt. Die von Adolf Fick 1855 formulierten Diffusionsgesetze beschreiben, wie der Stofffluss J proportional zum Konzentrationsgefälle ∂c/∂x ist. Später untersuchte Thomas Graham die Diffusion in Gasen und entwickelte das Verständnis der Unterschiede zwischen Diffusion in Gasen und in Flüssigkeiten.

Typische Versuchsaufbauten und Messprinzipien: In Flüssigkeiten wird ein Farbstoff in Wasser gesetzt; die Ausbreitung des Farbstoffes wird zeitlich verfolgt und die Diffusionskoeffizienten können qualitativ abgeschätzt oder quantitativ bestimmt werden. In Gasen dienen zwei getrennte Kammern oder Glasröhrchen, durch deren Öffnungen Gasmoleküle diffundieren; an der Verbindungsstelle kann sich eine sichtbare Reaktionsmarke bilden, die die Diffusionsfront sichtbar macht. Diffusion in Feststoffen oder Gel wird durch das Eindringen eines Farbstoffs in eine Gelmatrix demonstriert und erlaubt die Bestimmung von D durch Messung der Frontentwicklung.

Auswertung und Bedeutung: Diffusionsversuche vermitteln grundlegende Konzepte wie die Abhängigkeit der Diffusionsrate von Temperatur, Medium und Molekülgröße. Sie dienen der Lehrvermittlung, der Bestimmung von Diffusionskoeffizienten und der Veranschaulichung von Fick'schen Gesetzen.