Konzentrationsdifferenz

Konzentrationsdifferenz bezeichnet in der Chemie, Biologie und Physik den Unterschied der Stoffkonzentrationen zwischen zwei Orten, zum Beispiel zwei Lösungen, Zellumgebungen oder Kammern. Sie ist eine grundlegende treibende Kraft für den Transport von Stoffen durch Diffusion und durch Membranen. Größere Unterschiede führen in der Regel zu stärkeren Transportprozessen, bis sich die Konzentrationen annähern.

Quantitativ wird die Differenz oft als ΔC = C1 − C2 angegeben, wobei C1 und C2 die Konzentrationen in den jeweiligen Bereichen sind. Der räumliche Verlauf der Konzentration wird durch den Gradient beschrieben, etwa als ∇C. Die jeweiligen Einheiten hängen von der verwendeten Konzentration ab (z. B. mol/L) und der räumlichen Dimension (m).

Gleichungen und Modelle: Der Diffusionsfluss J folgt häufig dem Fick-Gesetz: J = −D (dC/dx), wobei D der Diffusionskoeffizient ist. In einer einfachen Zwei-Kammer-Anordnung mit einer Membran kann der Durchtritt durch eine Permeabilität P beschrieben werden: J = P ΔC. Transportprozesse hängen zudem von Temperatur, Medium, Membranstruktur und Abstand ab. In biologischen Systemen spielt auch der osmotische Druck eine Rolle: Unterschiede in der gelösten Stoffkonzentration erzeugen Druck, der den Wasseraustausch durch semipermeable Membranen antreiben kann.

Anwendungen: Konzentrationsdifferenzen bestimmen den Gasaustausch in der Lunge, die Aufnahme von Nährstoffen in Zellen, Umweltdiffusion von Schadstoffen und viele Prozesse in der Chemie- und Verfahrenstechnik. Sie bilden ein zentrales Konzept zum Verständnis von Stofftransport und Gleichgewicht in offenen und abgeschlossenen Systemen.