Konzentration
Wie viel eines Stoffes befindet sich in einem bestimmten Volumen? Bei gleichem Volumen bedeuten mehr Teilchen eine höhere Konzentration.
Biologie · Verstehen und üben
Diffusion
Verstehe Teilchenbewegung und Konzentrationsgefälle – und unterscheide einzelne Bewegungen vom Netto-Transport.
Das kannst du danach
Teilchenbilder deutenNettorichtung bestimmenGleichgewicht erklären
Erst vermuten, dann am Modell prüfen.
Warum sich Teilchen von selbst verteilen
Gib einen Farbstoff vorsichtig in ruhiges Wasser: Seine Teilchen verteilen sich nach und nach. Dahinter steckt ihre ständige, ungeordnete Wärmebewegung. Diffusion ist der dadurch entstehende Stofftransport. Gibt es einen Konzentrationsunterschied, wandern insgesamt mehr Teilchen von der stärker zur schwächer konzentrierten Seite als umgekehrt.
Konzentrationsgefälle
Ein räumlicher Unterschied der Konzentration. Man sagt auch Konzentrationsgradient. Er bestimmt die Richtung des Netto-Transports ungeladener Teilchen.
Netto heißt: Hin- und Rückbewegung gegeneinander aufgerechnet. Einzelne Teilchen können sich in jede Richtung bewegen.
Diffusions-Labor: vorhersagen, vergleichen, erklären
Das Modell enthält 40 Farbstoffteilchen in zwei gleich großen Bereichen. Es zeigt ausgewählte Verteilungen, keine gemessene Zeitkurve.
Deine Vorhersage für den Anfang
In welche Richtung erfolgt der Netto-Transport?
Wähle zuerst eine Vermutung. Vergleiche danach die Modellschritte.
Bereich A36 Teilchen
Bereich B4 Teilchen
36 gegenüber 4: Netto gelangen Teilchen von A nach B. Auch einzelne Bewegungen von B nach A kommen vor.
Die Wassermoleküle sind ausgeblendet. Die Zahlen im ausgeglichenen Zustand sind idealisiert; reale kleine Teilchenzahlen schwanken. Auch am Ende bewegen sich die Teilchen weiter.
Netto-Transport in drei Schritten bestimmen
1 · Den Stoff festlegen
Betrachte die Konzentration genau des Stoffes, dessen Transport du erklären willst – etwa Sauerstoff.
2 · Konzentrationen vergleichen
Auf welcher Seite ist seine Konzentration höher? Teilchenzahlen allein reichen nur bei gleichen Volumina.
3 · Durchlässigkeit prüfen
Gibt es eine Membran, muss der Stoff sie passieren können. Für ein ungeladenes Teilchen ergibt sich dann ein Netto-Transport zur niedrigeren Konzentration.
18 Teilchen A → B − 7 Teilchen B → A = 11 Teilchen netto A → B
Das Beispiel zählt Durchtritte in einem bestimmten Zeitabschnitt. Es behauptet nicht, dass alle Teilchen nur in eine Richtung laufen.
Gleichgewicht bedeutet nicht Stillstand
Sind die Konzentrationen ausgeglichen, wechseln weiterhin Teilchen in beide Richtungen. Im zeitlichen Mittel sind die Mengen gleich groß: kein Netto-Transport. Deshalb heißt der Zustand dynamisches Gleichgewicht.
„Die Teilchen bleiben stehen, wenn alles verteilt ist“ ist falsch. Verschwunden ist das Konzentrationsgefälle – nicht die Wärmebewegung.
Diffusion durch Zellmembranen
Einfache Diffusion
Kleine ungeladene, unpolare Moleküle wie O₂ und CO₂ können die Lipiddoppelschicht passieren. Ein Transportprotein ist dafür nicht nötig.
Erleichterte Diffusion
Kanäle oder Carrier ermöglichen passenden Teilchen den Durchtritt. Ein Carrier bindet seinen Stoff und ändert seine Form; ein Kanal bietet einen Durchgang. Auch dieser Transport kann passiv sein.
Passiv bedeutet: Für diesen Transport wird keine zusätzliche Stoffwechselenergie bereitgestellt. Die Teilchen besitzen trotzdem Bewegungsenergie. Bei Ionen zählt neben dem Konzentrationsunterschied auch die elektrische Spannung: das elektrochemische Gefälle.
Ein Protein macht den Transport nicht automatisch aktiv. Aktiver Transport nutzt Energie, um Stoffe gegen ihr maßgebliches Gefälle zu bewegen.
Was die Diffusion beeinflusst
Kürzerer Weg
Diffusion ist über kleine Strecken wirksam. Für große Transportstrecken braucht ein Vielzeller zusätzliche Systeme, etwa Blutgefäße.
Höhere Temperatur
Bei sonst gleichen Bedingungen bewegen sich Teilchen im Allgemeinen schneller. Biologische Systeme vertragen allerdings nur begrenzte Temperaturbereiche.
Größeres Gefälle und größere Fläche
Ein stärkeres Konzentrationsgefälle und eine größere durchlässige Fläche erhöhen unter vergleichbaren Bedingungen den Netto-Stofftransport.
Acht Aufgaben: erst selbst lösen, dann vergleichen
1 · Was treibt die ungeordnete Bewegung der Teilchen an?
Tipp anzeigen
Denke an Temperatur, nicht an eine bewusste Richtung.
Lösung anzeigen
Ihre thermische Bewegungsenergie. Sie bewegen sich ungeordnet; viele Einzelbewegungen führen bei einem Konzentrationsgefälle zu Netto-Transport.
2 · In gleich großen Bereichen liegen 30 und 10 Teilchen. Bestimme die anfängliche Nettorichtung.
Tipp anzeigen
Vergleiche die Konzentrationen desselben Stoffes.
Lösung anzeigen
Vom Bereich mit 30 zum Bereich mit 10 Teilchen, wenn die Teilchen die Grenze passieren können.
3 · Warum bewegen sich trotzdem Teilchen zurück?
Tipp anzeigen
Die Bewegung des einzelnen Teilchens ist ungeordnet.
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Teilchen bewegen sich in beide Richtungen. Von der stärker konzentrierten Seite wechseln im Mittel mehr hinüber. Nur die Bilanz besitzt eine bevorzugte Richtung.
4 · 16 Teilchen wechseln A → B, 6 wechseln B → A. Berechne den Netto-Transport.
Tipp anzeigen
Bilde die Differenz.
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16 − 6 = 10 Teilchen netto von A nach B.
5 · A enthält 20 Teilchen in 1 Volumeneinheit, B 30 in 3. Wo ist die Konzentration höher?
Tipp anzeigen
Teile die Teilchenzahl durch das jeweilige Volumen.
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A: 20/1 = 20; B: 30/3 = 10 Teilchen pro Volumeneinheit. A ist höher konzentriert, obwohl B insgesamt mehr Teilchen enthält.
6 · Was passiert im dynamischen Gleichgewicht?
Tipp anzeigen
Unterscheide Bewegung und Netto-Transport.
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Teilchen bewegen sich weiter. Im zeitlichen Mittel wechseln gleich viele hin und zurück; es gibt keinen Netto-Transport.
7 · Ist erleichterte Diffusion aktiv, weil sie ein Protein benötigt?
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Wird gegen das maßgebliche Gefälle transportiert?
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Nein. Erleichterte Diffusion verläuft passiv entlang des maßgeblichen Gefälles. Das Protein ermöglicht den Durchtritt, ohne den Stoff gegen das Gefälle zu pumpen.
8 · Warum sind kurze Diffusionswege für Zellen günstig?
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Vergleiche kurze Strecken mit Transport durch den ganzen Körper.
Lösung anzeigen
Diffusion über kurze Wege ermöglicht einen schnellen Austausch. Über große Entfernungen dauert sie zu lange; dort helfen gerichtete Transportströme.
Kurzer Begriffscheck
Was stimmt im dynamischen Gleichgewicht?
Wähle eine Antwort.
Für den Unterricht: Beobachtung und Erklärung trennen
Einstieg: Eine Verteilung vorhersagen und begründen.
Partnerarbeit: Im Labor die Gesamtteilchenzahl prüfen und „Bewegung“ von „Netto-Transport“ unterscheiden.
Transfer: Aufgabe 5 zu unterschiedlichen Volumina bearbeiten.
Wiederholung: Nach einem Tag ohne Vorlage erklären, weshalb Gleichgewicht kein Stillstand ist.
Kostenlose Materialien zum Weiterüben
Diffusion und erleichterter Transport – kostenloses Biologie-Arbeitsblatt mit Lösungen (PDF)
Direkt passend · Klasse 9–11: Konzentrationsgefälle, Netto-Transport und erleichterte Diffusion üben.
Kostenlos · PDF · mit Lösungen
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Osmose und Plasmolyse – kostenloses Biologie-Arbeitsblatt mit Lösungen (PDF)
Anschließend · Klasse 9–11: Wassertransport durch Membranen auf Pflanzenzellen übertragen.
Kostenlos · PDF · mit Lösungen
Material ansehen und herunterladenZum fachlichen Vertiefen: OpenStax · Passiver Transport.