Diffusionsgefälle - Erklärung des Begriffs

Was ist Diffusion?

• Nehmen Sie eine flache Schale mit Wasser und geben Sie vorsichtig einen einzelnen Tropfen Tinte hinzu. Nun warten Sie eine ganze Weile. Zunächst sehen Sie eine "Wolke" gefärbtes Wasser. Aber nach einigen Minuten, wird sich die gesamte Flüssigkeit gleichmäßig gefärbt haben - ohne dass Sie die Mischung umrühren oder schütteln müssten.
• Das liegt daran, dass Moleküle eine Eigenbewegung haben. Auch ohne äußeres Zutun bewegen Sie sich ganz zufällig hin und her. Da Wasser in diesem Experiment ein Lösungsmittel für die Tinte ist, können sich die Tintenmoleküle im ganzen Wasser frei verteilen - und tun dies auch. Es entsteht eine gleichmäßige Wasser-Tinte-Lösung. Diese Durchmischung von Stoffen, ohne äußere Einwirkung, bis sie gleichmäßig verteilt sind, nennt man "Diffusion".

Was versteht man unter einem Diffusionsgefälle?

• Diffusion findet nicht nur innerhalb einer Lösung statt, sondern auch an Membranen, genauer: an "semipermeablen Membranen". Das sind Membranen, die zwei Lösungen oder Stoffe voneinander trennen, aber teilweise durchlässig sind. Sie lassen zum Beispiel nur Wasser hindurch. Wasser hat die interessante Eigenschaft, dass es sehr gerne andere Stoffe lösen möchte. Fachsprachlich spricht man von einem "hohen chemischen Potenzial". Sind viele andere Stoffe im Wasser gelöst, ist das chemische Potenzial der Lösung niedrig - das Wasser ist sozusagen "zufrieden".
• Wenn Sie nun eine Lösung mit geringem chemischen Potenzial mit einer für Wasser durchlässigen Membran (der semipermeablen Membran) von Wasser (hohes chemisches Potenzial) trennen - was passiert dann? Sie haben ein starkes Diffusionsgefälle. Denn das Wasser ist, wegen seines hohen chemischen Potenzials, bestrebt, die Lösung mit dem geringen chemischen Potenzial  zu durchmischen. Die Wassermoleküle wandern (diffundieren) durch die semipermeable Membran und verringern so das Diffusionsgefälle zwischen den beiden Seiten der Membran. Diesen Vorgang nennt man in der Biologie Osmose.
• Ganz praktisch können Sie dies mit reifen Kirschen ausprobieren. In den Kirschen befindet sich Wasser, in dem viele andere Stoffe gelöst sind - Nährstoffe, Vitamine und vieles andere. Legen Sie diese nun in eine Schüssel mit Wasser und warten Sie.
• Die Haut der Kirschen ist für Wasser durchlässig - aber nicht für die Stoffe, die im Wasser in den Kirschen gelöst sind. Das Wasser, in das Sie die Kirschen gelegt haben, diffundiert durch die Haut in die Kirschen - diese werden immer praller, bis sie aufplatzen. So stark ist das Diffusionsgefälle in diesem Fall!
• Das gleiche Schicksal würde übrigens auch die roten Blutkörperchen und andere Körperzellen ereilen, wenn man sie mit reinem Wasser konfrontieren würde. Deshalb wird in der Medizin "isotonische Kochsalzlösung" als Lösungsmittel für Infusionen verwendet, und kein normales Wasser.