Lexikon der Ernährung: Diffusion
Diffusion, E diffusion, die Ausbreitung von verschiedenen miteinander in Berührung befindlichen gasförmigen, flüssigen oder festen Stoffen. Die Ausbreitung der Teilchen innerhalb der Phasen beruht auf ungeordneten Bewegungen von Molekülen, Ionen, Atomen oder Kolloidteilchen (Brownsche Molekularbewegung). Der Antrieb zur Bewegung und damit Vermischung der Teilchen innerhalb einer Phase (z. B. die Vermischung von Gasen oder Lösungsvorgänge in Flüssigkeiten) wird durch Konzentrationsunterschiede, Temperaturunterschiede, Druckunterschiede oder äußere Feldkräfte hervorgerufen.
Die Diffusionsgeschwindigkeit hängt dabei von der Viskosität des Mediums, der Temperatur, dem Konzentrationsgradienten der diffundierenden Substanz und anderen Faktoren ab (z. B. Ladungsverteilung bei Ionen). Der Übergang von Weichmachern aus Kunststoffen ist daher beim Abfüllen heißer fetthaltiger Lebensmittel stärker als bei abgekühlten.
Zur mathematischen Beschreibung dienen die Fickschen Diffusionsgesetze. Im Falle eines stationären, also zeitlich und örtlich konstanten Konzentrationsgefälles dc / dx gilt das 1. Ficksche Diffusionsgesetz:
dn / dt = –DA(dc / dx)
dn / dt ist hierbei die Diffusionsgeschwindigkeit, d. h. die Stoffmenge dn, die in der Zeiteinheit dt durch eine Fläche A in der Richtung x diffundiert. Die Diffusionskonstante D wird meist in cm2 / s angegeben.
Im komplexeren Fall ist das Konzentrationsgefälle räumlich und zeitlich nicht konstant und wird dann durch das 2. Ficksche Diffusionsgesetz, welches noch verschiedene Raumkoordinaten berücksichtigt, beschrieben.
Erfolgt eine D. durch eine semipermeable Membran (Permeation) spricht man von Osmose bzw. passivem Transport entlang eines Konzentrationsgefälles (Sonderfall: Donnan-Verteilung). Ein Beispiel dafür ist der Gasaustauch zwischen Atemluft und dem Blut der Lungenkapillaren oder die Absorption von Wasser, Fettsäuren, Glyceriden, Cholesterin und fettlöslichen Vitaminen im Darm sowie die Alkoholresorption über die Mund- und Darmschleimhaut. Von erleichterter Diffusion spricht man, wenn der Stofftransport zwar auch entlang eines Konzentrationsgefälles verläuft, jedoch Transportproteine (Transportmechanismen) genutzt werden (carriervermittelter Transport), z. B. beim Glucosetransport durch Zellmembranen (Permeabilität).
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