Du hast sicherlich schon einmal etwas gerochen, was gar nicht direkt neben dir war. Dies kann zum Beispiel das Essen sein, das in der Küche vorbereitet wurde, aber bei dem dennoch der Geruch des Essens bis zu deinem Zimmer gekommen ist. Oder du bist an Menschen vorbei gegangen, deren Parfüm du riechen konntest, obwohl sie schon weit weg waren. Wie kommt es, dass wir Düfte wahrnehmen können, obwohl die Quelle nicht direkt bei uns ist?
Wir beginnen diesen Abschnitt mit einem Gedanken-Experiment: Wenn an einer Ecke deines Klassenraumes eine Parfümflasche geöffnet wird, so wirst du den Geruch des Parfüms nach einer Weile im gesamten Klassenraum wahrnehmen können. In der Regel nimmst du den Geruch schneller wahr, je näher du an der Parfümflasche sitzt.
Wie kommt der Parfümgeruch zu dir?
Auch Parfüm besteht aus kleinen Teilchen. Diese Teilchen befinden sich – wie alle Teilchen – in ständiger Bewegung. Die Bewegung der Teilchen folgt keiner bestimmten Richtung, sondern ist rein zufällig. Man spricht hier von der Zufallsbewegung der Teilchen. Durch diese zufällige Bewegung der Parfüm-Teilchen verteilen sich die Parfüm-Teilchen mit der Zeit gleichmäßig im gesamten Raum. Die Parfüm-Teilchen durchmischen sich dabei mit den Luft-Teilchen. Diesen Prozess der Durchmischung bezeichnen wir als Diffusion.
Verbreitet sich der Parfüm-Geruch immer gleich schnell?
Wie schnell du den Parfüm-Geruch in dem Klassenraum wahrnehmen kannst, hängt von der Raumtemperatur und der Temperatur des Parfüms ab. Je wärmer das Parfüm bzw. die Luft ist, desto schneller bewegen sich die Luft-Teilchen und die Parfüm-Teilchen. Während du an einem heißen Tag das Parfüm sehr schnell riechen wirst, könnte es an einem kalten Tag länger dauern, da sich dann die Teilchen langsamer bewegen. Dabei hängt es davon ab, wohin du das Parfüm sprühst – dein warmes Handgelenk sorgt für eine schnelle Verbreitung.
Kurz zusammengefasst können wir also sagen: Die Diffusion ist abhängig von der Temperatur. Je wärmer einer der beteiligten Stoffe ist, desto schneller bewegen sich dessen Teilchen und desto schneller durchmischen sich die Teilchen mit den Teilchen anderer Stoffe.
Diesen Zusammenhang können wir durch die Erwärmung einer der beteiligten Stoffe zeigen. Eine Temperaturerhöhung erreichen wir in der Regel durch Energiezufuhr in Form von Wärme, zum Beispiel durch Erhitzen mit einem Brenner. Dabei gilt nach dem Teilchenmodell: Je höher die Temperatur des Stoffes, desto schneller bewegen sich die Teilchen des Stoffes.
Umgekehrt können wir den beteiligten Stoffen auch Energie entziehen, indem wir die Stoffe abkühlen. So bewegen sich die Parfüm-Teilchen durch den Energie-Entzug langsamer. Durch die langsamere Bewegung verteilen sich die Parfüm-Teilchen langsamer im Raum.
Mit Hilfe der folgenden Simulation kannst du untersuchen, wie schnell sich die Teilchen in Abhängigkeit von der Energie der Teilchen im Raum verteilen.
Füge bei der Simulation bei der Anzahl der Teilchen jeweils 40 blaue und 40 rote Teilchen hinzu. Stelle die Anfangstemperatur für den Stoff mit den blauen Teilchen auf 50 K (das sind ca. -233°C) und die Anfangstemperatur für den Stoff mit den roten Teilchen auf 500 K (das sind etwa 227 °C). Entferne anschließend die Trennwand. Beobachte, wie schnell sich die Teilchen durch die Teilchenbewegung durchmischen.
Zusammenfassung
Die Diffusion beschreibt die Durchmischung von Stoffen. Je höher die Energie einer der beteiligten Stoffe ist, desto schneller bewegen sich die Teilchen des Stoffes und desto schneller ist die Diffusion der Teilchen.