Konzentrationsgefäll

Konzentrationsgefälle, auch als Konzentrationsgradient bezeichnet, beschreibt die räumliche Variation der Konzentration eines Stoffes in einem Medium. Es entsteht, wenn an verschiedenen Orten unterschiedliche Konzentrationen vorliegen. Ein Gefälle treibt den Diffusionsprozess: Teilchen diffundieren von Bereichen höherer Konzentration zu Bereichen niedrigerer Konzentration, bis ein Gleichgewicht erreicht ist.

Mathematisch lässt sich das Gefälle durch den Konzentrationsgradienten ∇C beschreiben. In einer eindimensionalen Situation ist der Gradient dC/dx. Die Diffusion wird durch das Ficksche Gesetz beschrieben: Der Diffusionsfluss J ist proportional zum negativen Gradient, J = -D ∂C/∂x, wobei D der Diffusionskoeffizient ist. Die zeitliche Entwicklung der Konzentration folgt dem Fickschen zweites Gesetz: ∂C/∂t = D ∇^2 C. Damit beschreibt die Gleichung, wie Konzentrationen über die Zeit hinweg durch Diffusion ausgeglichen werden.

Anwendungen finden sich in vielen Bereichen der Physik, Chemie und Biologie. In Lösungen und Gasen treibt das Konzentrationsgefälle den Transport von Substanzen. In biologischen Systemen sind Gradienten zentral für Funktionen wie den nährstoff- und Sauerstofftransport, die Chemotaxis von Zellen sowie Musterbildungen in Embryonen. In technischen Prozessen wird das Gradientengebilde genutzt, um Reaktions- und Trennprozesse zu optimieren.

Hinweis: Im Deutschen ist der gebräuchliche Fachausdruck Konzentrationsgefälle; "Konzentrationsgefäll" kann als verkürzte oder fehlerhafte Schreibweise erscheinen.