Gelöste Farbstoffteilchen bewegen sich ungeordnet und verteilen sich dadurch: Das heißt Diffusion. Zusätzlich können Wasserströmungen die Farbe mitnehmen. Schnelle Schlieren sind deshalb kein Beweis für reine Diffusion.
Das Titelbild ist eine Illustration. Wir beobachten sichtbare Farbmuster, keine einzelnen Moleküle.
Auch ruhiges Wasser hat bewegte Teilchen
Wasser und gelöster Farbstoff bestehen aus winzigen Teilchen. Sie bewegen sich ständig und wechseln durch Zusammenstöße ihre Richtung. Dafür braucht es keinen Löffel.
Viele Zufallswege ergeben eine Verteilung
Nahe beim Tropfen sind anfangs viele Farbstoffteilchen in wenig Wasser. Das nennt man eine hohe Konzentration. Durch ihre ungeordnete Bewegung gelangen insgesamt mehr Teilchen aus dieser Gegend hinaus als hinein. Einzelne können auch zurückkehren. Dieser Ausgleich heißt Diffusion.
Eine Strömung nimmt Wasser mit
Beim Rühren bewegen sich größere Wassermengen gemeinsam und tragen Farbe mit. Auch ohne Rühren können nach dem Eingießen Strömungen bleiben. Ein absinkender Farbtropfen kann ebenfalls Wasser bewegen. Solcher Transport ist etwas anderes als die ungeordnete Bewegung einzelner Teilchen.
Gleichmäßig heißt nicht still
Über längere Strecken ist Diffusion in Wasser langsam. Schnelle Wirbel zeigen daher nicht, wie schnell einzelne Moleküle diffundieren. Ist die Farbe gleichmäßig verteilt, bewegen sich die Teilchen weiter; nur der Konzentrationsunterschied ist ausgeglichen.
Mit und ohne Löffel beobachten
- Stellt mit einem Erwachsenen zwei gleiche durchsichtige Kunststoffbecher auf ein Tablett. Füllt beide mit je 150 ml Wasser bei Raumtemperatur. Wartet fünf Minuten, ohne die Becher zu bewegen.
- Gebt in jeden Becher einen Tropfen derselben flüssigen Lebensmittelfarbe. Lasst einen stehen; rührt den anderen vorsichtig dreimal. Zeichnet die Muster sofort sowie nach einer und zehn Minuten.
- Vergleicht Schlieren und Farbverteilung. Rühren verteilt die Farbe meist schneller. Im ungerührten Becher können ebenfalls Strömungen auftreten: Dieser Vergleich misst keine reine Diffusionsgeschwindigkeit.
Gemeinsam beobachten, Flecken vermeiden und Spritzer aufwischen. Nur Wasser und Lebensmittelfarbe verwenden, Proben nicht trinken. Kein heißes Wasser.
Zum Mitnehmen
Diffusion entsteht aus ungeordneter Teilchenbewegung. Strömungen können Farbe zusätzlich transportieren. Sichtbares Vermischen allein trennt beide Vorgänge nicht.
Was stimmt über Diffusion?
Quellen & Weiterlesen
OpenStax / Rice University · College Physics 12.7: Diffusion ↗OpenStax / Rice University · Biology 2e 5.2: Passive Transport ↗Clemson University · Physics demonstration: Food Color in Water ↗Penn State · Center for Nanoscale Science: Diffusion Races ↗Unsere Texte erklären die Grundidee in eigenen Worten. Bilder und Modelle vereinfachen die Wirklichkeit; sie sind nicht maßstabsgetreu.
