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Diffusion

Verstehe Teilchenbewegung und Konzentrationsgefälle – und unterscheide einzelne Bewegungen vom Netto-Transport.

Unsicher beim Einstieg?3 Aufgaben im freiwilligen Kurzcheck

Was kannst du schon?

Drei kurze Aufgaben helfen dir, deinen Startpunkt zu finden. Wenn du unsicher bist, wähle „Weiß ich noch nicht“.

Entscheide ohne Nachschlagen. Pro Aufgabe passt genau eine Antwort.

Aufgabe 1Was ist bei zwei verschieden großen Bereichen nötig, um Konzentrationen zu vergleichen?

Wähle genau eine Antwort.

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Aufgabe 2Bewegen sich bei einem Konzentrationsgefälle alle einzelnen Teilchen zur geringer konzentrierten Seite?

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Aufgabe 3Braucht erleichterte Diffusion zwingend ATP am Transportprotein?

Wähle genau eine Antwort.

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Lösungen mit Erklärungen
  1. Teilchenzahl und Volumen beider Bereiche – Die Konzentration ergibt sich aus der Teilchenzahl pro Volumen. Gesamtzahlen allein können täuschen.
  2. Nein, die Einzelbewegungen bleiben ungeordnet – Die bevorzugte Richtung entsteht erst in der Bilanz vieler ungeordneter Einzelbewegungen.
  3. Nein, sie ist passiver Transport – Passender Proteinweg und aktiver Energieeinsatz sind verschiedene Dinge. Erleichterte Diffusion erfolgt entlang des Gefälles.

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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.

Konzentration

Wie viel eines Stoffes befindet sich in einem bestimmten Volumen? Bei gleichem Volumen bedeuten mehr Teilchen eine höhere Konzentration.

Konzentrationsgefälle

Ein räumlicher Unterschied der Konzentration. Man sagt auch Konzentrationsgradient. Unter den hier betrachteten einfachen Bedingungen bestimmt es die Richtung des Netto-Transports desselben ungeladenen Stoffes.

Netto heißt: Hin- und Rückbewegung gegeneinander aufgerechnet. Einzelne Teilchen können sich in jede Richtung bewegen.

Diffusion oder Strömung? Beim Umrühren wird die Flüssigkeit als Ganzes bewegt und nimmt gelöste Stoffe mit. Das ist ein zusätzlicher Transport durch Strömung. Auch Temperaturunterschiede können Strömungen erzeugen. Eine schnelle Farbverteilung im Glas zeigt daher nicht automatisch nur Diffusion.

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 A · gleiches VolumenBereich B · gleiches Volumen36 Teilchen4 TeilchenGestrichelte Linie: gedachte Grenze, keine Membran
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.

Mehr Teilchen bedeutet nicht immer höhere Konzentration

A enthält 20 Teilchen in 1 Volumeneinheit; B enthält 30 Teilchen in 3 Volumeneinheiten. Pro Volumeneinheit sind das in A 20, in B nur 10 Teilchen. Für denselben ungeladenen Stoff ist unter den einfachen Modellbedingungen die anfängliche Nettorichtung deshalb von A nach B, obwohl B insgesamt mehr Teilchen enthält.

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

Zellmembran: Lipiddoppelschicht mit TransportproteinO₂ / CO₂passender Stoffeinfache Diffusionerleichterte DiffusionPassiver Transport: entlang des passenden Gefälles

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.

Selbst ausprobieren

Üben & prüfen

Mit Erklärungen üben oder dein Wissen testen – du entscheidest.

Übe in deinem Tempo

Wähle eine Stufe. Du bekommst zu jeder Antwort eine Rückmeldung und kannst nach einem Tipp erneut antworten. Wähle die passende Antwort. Begründe deine Entscheidung zunächst selbst und vergleiche sie anschließend mit der Erklärung.

Alle 18 Aufgaben mit Lösungen zum Nachlesen

1 · Erkennen und zuordnen

1. Was liegt der ungeordneten Teilchenbewegung zugrunde?

  • Ein dauernder ATP-Verbrauch jedes gelösten Teilchens
  • Thermische Bewegungsenergie
  • Eine bewusste Entscheidung der Teilchen
Lösung und Erklärung

Thermische Bewegungsenergie

Teilchen besitzen Wärmebewegung. Ein Konzentrationsgefälle führt daraus im Mittel zu einem gerichteten Netto-Transport.

2. Was beschreibt eine Konzentration?

  • Die Menge eines Stoffes pro Volumen
  • Nur die Gesamtmenge ohne Bezug zum Volumen
  • Nur die Geschwindigkeit einzelner Teilchen
Lösung und Erklärung

Die Menge eines Stoffes pro Volumen

Zum Vergleich von Konzentrationen muss die Stoffmenge beziehungsweise Teilchenzahl auf das Volumen bezogen werden.

3. Was bedeutet Netto-Transport?

  • Dass jedes Teilchen dieselbe Richtung nimmt
  • Dass nur die schnellsten Teilchen gezählt werden
  • Die Bilanz aus Hin- und Rückbewegung
Lösung und Erklärung

Die Bilanz aus Hin- und Rückbewegung

Netto werden die gegenläufigen Durchtritte gegeneinander aufgerechnet.

4. Wann liegt im einfachen Modell ein dynamisches Gleichgewicht vor?

  • Alle Teilchen liegen nur auf einer Seite
  • Im zeitlichen Mittel wechseln gleich viele Teilchen hin und zurück
  • Alle Teilchen stehen still
Lösung und Erklärung

Im zeitlichen Mittel wechseln gleich viele Teilchen hin und zurück

Auch im Gleichgewicht bewegen sich Teilchen weiter; nur der mittlere Netto-Transport ist null.

5. Welcher Weg ist ein Beispiel für einfache Diffusion?

  • Sauerstoff passiert direkt die Lipiddoppelschicht
  • Glucose wird in einem Vesikel eingeschlossen
  • Eine ATP-Pumpe bewegt Ionen gegen ihr Gefälle
Lösung und Erklärung

Sauerstoff passiert direkt die Lipiddoppelschicht

Kleine unpolare Moleküle wie Sauerstoff können die Lipidschicht ohne Transportprotein passieren.

6. Was kennzeichnet erleichterte Diffusion?

  • Transport gegen das Gefälle durch direkten ATP-Einsatz
  • Stillstand aller Teilchen in einer Membranpore
  • Passiver Transport über passende Kanäle oder Carrier
Lösung und Erklärung

Passiver Transport über passende Kanäle oder Carrier

Ein Protein erleichtert den Durchtritt entlang des maßgeblichen Gefälles; der Vorgang bleibt passiv.

2 · Anwenden und erklären

1. Gleich große Bereiche enthalten 40 und 15 Teilchen desselben ungeladenen Stoffes. Die Grenze ist durchlässig. Wohin erfolgt anfangs der Netto-Transport?

  • Es gibt zwingend keinen Netto-Transport
  • Vom Bereich mit 40 zum Bereich mit 15 Teilchen
  • Vom Bereich mit 15 zum Bereich mit 40 Teilchen
Lösung und Erklärung

Vom Bereich mit 40 zum Bereich mit 15 Teilchen

Bei gleichen Volumina bedeutet die größere Teilchenzahl die höhere Konzentration. Netto erfolgt Transport zur niedrigeren Konzentration.

2. In einem Zeitabschnitt wechseln 14 Teilchen von A nach B und 9 zurück. Welche Nettobilanz ergibt sich?

  • 5 Teilchen von A nach B
  • 23 Teilchen von A nach B
  • 5 Teilchen von B nach A
Lösung und Erklärung

5 Teilchen von A nach B

Die Bilanz lautet 14 minus 9 gleich 5 Teilchen netto von A nach B.

3. A enthält 24 Teilchen in 2 Volumeneinheiten, B 18 in 3. Wo ist die Konzentration höher?

  • In B: 18 statt 12 Teilchen pro Volumeneinheit
  • Beide Konzentrationen sind gleich
  • In A: 12 statt 6 Teilchen pro Volumeneinheit
Lösung und Erklärung

In A: 12 statt 6 Teilchen pro Volumeneinheit

Die Teilchenzahl wird jeweils durch das Volumen geteilt: 24/2 ergibt 12, 18/3 ergibt 6.

4. Ein Stoff ist links höher konzentriert, kann die dazwischenliegende Membran aber nicht passieren. Was ist zu erwarten?

  • Die Membran wird allein durch das Gefälle zu einem Vesikel
  • Kein Durchtritt dieses Stoffes durch diese Membran
  • Automatisch schneller Netto-Transport nach rechts
Lösung und Erklärung

Kein Durchtritt dieses Stoffes durch diese Membran

Ein Konzentrationsgefälle allein reicht nicht. Für den betrachteten Stoff muss ein durchlässiger Weg vorhanden sein.

5. Welche Änderung erleichtert bei sonst gleichen Bedingungen den Austausch durch Diffusion?

  • Ein kürzerer Diffusionsweg
  • Ein längerer Diffusionsweg
  • Eine vollständig undurchlässige Grenze
Lösung und Erklärung

Ein kürzerer Diffusionsweg

Diffusion ist über kurze Strecken wirksam. Große Entfernungen erfordern zusätzliche Transportsysteme.

6. Warum ist Umrühren eines Farbstoff-Wasser-Gemischs nicht bloß Diffusion?

  • Beim Umrühren verschwindet jede Teilchenbewegung
  • Umrühren verwandelt den Farbstoff in Wasser
  • Die Flüssigkeit wird als Ganzes bewegt und transportiert Stoffe durch Strömung
Lösung und Erklärung

Die Flüssigkeit wird als Ganzes bewegt und transportiert Stoffe durch Strömung

Strömung transportiert Flüssigkeit und gelöste Stoffe gemeinsam; Diffusion beruht auf ungeordneter Teilchenbewegung.

3 · Prüfen und übertragen

1. In einem ausgeglichenen System sieht man ein Teilchen die Grenze passieren. Widerlegt das das Gleichgewicht?

  • Ja, jedes einzelne Teilchen muss auf seiner Seite bleiben
  • Nein, einzelne Durchtritte finden weiterhin in beide Richtungen statt
  • Ja, Gleichgewicht verbietet jede Bewegung
Lösung und Erklärung

Nein, einzelne Durchtritte finden weiterhin in beide Richtungen statt

Dynamisches Gleichgewicht bezeichnet die mittlere Bilanz, nicht das Ausbleiben einzelner Bewegungen.

2. Welche Untersuchung vergleicht den Temperatureinfluss auf Diffusion am sinnvollsten?

  • Gleiche Bedingungen bis auf die Temperatur wählen und zusätzliche Strömungen beachten
  • Gleichzeitig Temperatur, Farbstoffmenge und Rühren verändern
  • Nur die Farbe der Gefäße vergleichen
Lösung und Erklärung

Gleiche Bedingungen bis auf die Temperatur wählen und zusätzliche Strömungen beachten

Ein fairer Vergleich hält andere Bedingungen gleich. Temperaturunterschiede können zusätzlich Strömungen erzeugen.

3. Ein Ion bewegt sich gegen sein Konzentrationsgefälle durch einen Kanal. Beweist das allein aktiven Transport?

  • Ja, die Konzentration ist bei Ionen die einzige Einflussgröße
  • Ja, jeder Kanal arbeitet als ATP-Pumpe
  • Nein, die elektrische Spannung muss zusätzlich berücksichtigt werden
Lösung und Erklärung

Nein, die elektrische Spannung muss zusätzlich berücksichtigt werden

Für Ionen ist der elektrochemische Gradient maßgeblich. Eine elektrische Wirkung kann dem Konzentrationsgefälle entgegenwirken.

4. Warum besitzen große Vielzeller zusätzliche Transportsysteme wie Blutgefäße?

  • Teilchen verlieren in großen Körpern ihre Wärmebewegung
  • Diffusion allein ist über große Entfernungen zu langsam
  • Diffusion findet nur außerhalb lebender Zellen statt
Lösung und Erklärung

Diffusion allein ist über große Entfernungen zu langsam

Kurze Strecken lassen sich durch Diffusion überbrücken. Für weite Wege ermöglichen gerichtete Transportströme einen wirksamen Transport.

5. Die durchlässige Austauschfläche wird größer, alle anderen Bedingungen bleiben vergleichbar. Welche Wirkung ist zu erwarten?

  • Mehr Netto-Stofftransport bei vorhandenem Gefälle
  • Automatisch eine Umkehr der Nettorichtung
  • Ein vollständiger Stillstand sämtlicher Teilchen
Lösung und Erklärung

Mehr Netto-Stofftransport bei vorhandenem Gefälle

Eine größere durchlässige Fläche ermöglicht bei sonst gleichen Bedingungen mehr Durchtritte und damit mehr Netto-Transport.

6. Welche Aussage über passiven Transport ist fachlich richtig?

  • Die Teilchen besitzen keinerlei Energie
  • Passiv bedeutet ausschließlich Stillstand
  • Es wird keine zusätzliche Stoffwechselenergie für den Transport bereitgestellt, Teilchen besitzen aber Bewegungsenergie
Lösung und Erklärung

Es wird keine zusätzliche Stoffwechselenergie für den Transport bereitgestellt, Teilchen besitzen aber Bewegungsenergie

Passiver Transport nutzt das vorhandene Gefälle. Der Begriff bestreitet nicht die thermische Bewegung der Teilchen.

Wie sicher bist du jetzt?

Bearbeite drei weitere Aufgaben ohne Nachschlagen. Nutze die Rückmeldung, um gezielt weiterzulernen.

Entscheide ohne Nachschlagen. Pro Aufgabe passt genau eine Antwort.

Aufgabe 1Während eines Intervalls wechseln 20 Teilchen A → B und 12 Teilchen B → A. Was ist richtig?

Wähle genau eine Antwort.

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Aufgabe 2Nach langer Zeit sind die Konzentrationen ausgeglichen. Welche Beschreibung passt?

Wähle genau eine Antwort.

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Aufgabe 3Eine Membran lässt Sauerstoff passieren; seine Konzentration ist außen höher als innen. Welche Vorhersage passt unter einfachen Bedingungen?

Wähle genau eine Antwort.

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Lösungen mit Erklärungen
  1. 8 Teilchen netto A → B; Bewegung findet in beide Richtungen statt – Hin- und Rücktransport werden subtrahiert: 20 minus 12 ergibt 8 in Richtung A nach B.
  2. Fortgesetzte Teilchenbewegung ohne mittleren Netto-Transport – Im dynamischen Gleichgewicht bleiben Hin- und Rückbewegungen erhalten, gleichen sich aber im Mittel aus.
  3. Anfangs diffundiert Sauerstoff netto nach innen – Der durchlässige Weg und das Konzentrationsgefälle erlauben passiven Netto-Einstrom. Einzelne Teilchen können auch nach außen wechseln.

Die Aufgaben sind unterschiedlich. Die Ergebnisse geben dir eine kurze Orientierung zu deinem Lernstand.

Weitere Aufgaben zum Selbstcheck

Selbstcheck: Konzentration, Nettotransport und Gleichgewicht

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.
Lösung anzeigen
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.
Lösung anzeigen
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.
Lösung anzeigen
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.
Lösung anzeigen
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?

Tipp anzeigen
Wird gegen das maßgebliche Gefälle transportiert?
Lösung anzeigen
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?

Tipp anzeigen
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.
Zusätzlicher Begriffscheck

Kurzer Begriffscheck

Was stimmt im dynamischen Gleichgewicht?

Wähle eine Antwort.

Zum fachlichen Vertiefen: OpenStax · Passiver Transport.

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