Konzentrationsgradient

Ein Konzentrationsgradient bezeichnet eine räumliche Variation der Konzentration eines Stoffes in einem Medium oder Raum. Er liegt vor, wenn die Konzentration C sich mit dem Ort x ändert. Die Größe des Gradienten lässt sich durch die Ableitung dC/dx ausdrücken. Konzentrationsgradienten sind die treibende Kraft hinter Diffusion; Teilchen bewegen sich von Bereichen höherer zu niedrigerer Konzentration, wodurch sich Unterschiede allmählich ausgleichen.

In der Diffusionsbeschreibung wird häufig das Ficksche Gesetz verwendet: J = -D dC/dx, wobei J der Stofffluss, D der Diffusionskoeffizient und dC/dx der Konzentrationsgradient ist. Größere Gradienten oder höhere Temperaturen erhöhen tendenziell die Diffusion.

Konzentrationsgradienten spielen eine zentrale Rolle in Biologie, Chemie und Umwelt. Ohne aktive Mechanismen nähert sich das System einem einheitlichen Konzentrationsniveau. In Zellen werden Gradienten oft durch Membranbarrieren und Energieverbrauch stabilisiert oder aufrechterhalten: etwa der elektrochemische Natrium-Gradient über Zellmembranen, der durch die Na+/K+-ATPase erzeugt wird und für zahlreiche Transportprozesse genutzt wird; Wasser bewegt sich durch Osmose entlang eines osmotischen Gradienten.

Anwendungen finden sich in der Labordiagnostik und Verfahrenstechnik, z. B. in der Chromatographie, wo graduelle oder schrittweise veränderte Konzentrationen zur Trennung genutzt werden (Gradientenelution). Auch natürliche Gradienten, etwa in Böden oder Gewässern, beeinflussen die Verteilung von Substanzen.

Siehe auch: Diffusion, Ficksche Gesetze, Osmose, aktiver Transport, chemisches Potential.