Was ist Diffusion?
Die Teilchen von Flüssigkeiten und Gasen sind ständig in Bewegung und stoßen zusammen. Durch diese Bewegung breitet sich ein Stoff von einem Bereich hoher Konzentration in einen Bereich niedriger Konzentration aus, bis er im ganzen Gefäß gleichmäßig verteilt ist. Tinte, die in Wasser tropft, breitet sich auch ohne Rühren aus. Parfüm, das in einer Ecke des Zimmers versprüht wird, riecht man auch in der anderen Ecke.
In Feststoffen schwingen die Teilchen nur auf ihrem Platz, deshalb läuft die Diffusion dort sehr langsam ab.
Was beeinflusst die Diffusionsgeschwindigkeit?
| Faktor | Wirkung | Beispiel im Simulator |
|---|---|---|
| Temperatur | Wenn sie steigt, bewegen sich die Teilchen schneller, und die Diffusion wird schneller | Tinte: 45 s in Wasser von 5 °C, etwa 8 s in Wasser von 80 °C |
| Teilchenmasse | Leichte Teilchen breiten sich schneller aus | Ammoniak NH3 breitet sich 2.3-mal schneller aus als Brom Br2 |
| Druck | Wenn er in einem Gas steigt, rücken die Teilchen näher zusammen und stoßen häufiger zusammen, deshalb wird die Diffusion langsamer. In Flüssigkeiten wirkt er sich kaum aus | Brom: 9 s bei 1 atm, 18 s bei 2 atm |
| Gefäßgröße | In einem großen Gefäß legen die Teilchen weitere Strecken zurück, deshalb dauert das Durchmischen länger | Brom: 9 s in 1 l, etwa 14 s in 2 l |
In Gasen läuft die Diffusion viel schneller ab als in Flüssigkeiten. Der echte Unterschied beträgt etwa das 10 000-Fache, aber der Simulator beschleunigt die Zeit, damit man es leichter sieht. Die Sekunden auf dem Bildschirm sind keine echte Zeit, vergleiche die Versuche also nur untereinander.
Der weiße Ring im Rohr
Ein klassischer Versuch zeigt die Wirkung der Teilchenmasse. In ein Ende eines langen Glasrohrs kommt Watte, die mit Ammoniaklösung getränkt ist, in das andere Ende Watte, die mit Salzsäure getränkt ist. Die beiden Gase breiten sich im Rohr aus und bilden dort, wo sie sich treffen, einen weißen Ring aus Ammoniumchlorid NH4Cl. Der Ring erscheint näher am Salzsäure-Ende, denn NH3 (17 g/mol) ist leichter als HCl (36.5 g/mol) und breitet sich schneller aus.
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Lass 10 Stoffe sich in Wasser und Luft ausbreiten und vergleiche die Zeiten. Dieser Simulator gehört zum Vollzugriff. Der Download ist kostenlos, und 2 Kapitel und 5 Simulatoren sind ohne Anmeldung nutzbar.
Wie benutzt du den Simulator?
- Wähle oben rechts den einfachen Modus oder den Modus „Tempo · V p T“.
- Wähle im linken Feld das Medium (Wasser oder Luft), die Temperatur (heiß oder kalt) und einen Stoff. Für Wasser gibt es Tinte, Lebensmittelfarbe, Kaliumpermanganat, Kupfer(II)-sulfat und Tee. Für Luft gibt es Parfüm, Ammoniak, Brom, Iod und Chlor.
- Drück auf den großen Button unter dem Gefäß. Sein Name hängt vom Stoff ab: Tropfen zugeben, Kristall zugeben, Teebeutel zugeben, Deckel abnehmen oder Zum Verdampfen erhitzen.
- Während sich der Stoff ausbreitet, steigen der Mischungsgrad in Prozent und die Zeit. Wenn er gleichmäßig verteilt ist, wird die Zeit gespeichert, und das Ergebnis erscheint in der Liste rechts.
- Drück auf den Button Teilchen, um die Bewegung der Teilchen zu sehen.
- Stoffe, die du nicht sehen kannst, weist du anders nach: Eine Nase neben dem Gefäß nimmt Parfüm wahr, und feuchtes rotes Lackmus wird in Ammoniak blau.
- Ändere im Modus „Tempo · V p T“ mit den Reglern die Temperatur (0–100 °C), das Volumen (0.5–2 l) und den Druck (0.5–3 atm). Diffusionsgeschwindigkeit und Mischzeit erscheinen sofort. Der Druckregler funktioniert in Wasser nicht.
Aufgaben für den Simulator
- Teste Tinte in kaltem und in heißem Wasser. Antwort: 45 s in Wasser von 5 °C und etwa 8 s in Wasser von 80 °C, also etwa 5-mal schneller.
- Teste in Luft bei gleicher Temperatur Ammoniak, Chlor, Brom und Iod. Antwort: Sie werden in dieser Reihenfolge langsamer. Ihre molaren Massen steigen: 17, 71, 160 und 254 g/mol.
- Wähle im Modus „Tempo · V p T“ Luft und Brom und stell den Druck auf 2.0 atm. Antwort: Die Geschwindigkeit geht von ×1.0 auf ×0.5, und die Mischzeit steigt von 9 s auf 18 s.
- Erhöhe im selben Modus die Temperatur von 20 °C auf 100 °C und vergleiche Wasser und Luft. Antwort: Die Geschwindigkeit wird in Wasser ×4.6 und in Luft ×1.5.
