Potentiale bei Diffusion

1. Potentiale bei Diffusion

2. Inhalt • Diffusionspotential • Gleichgewichtspotential

3. Das Diffusionspotential (1): HCl Ionen zu Aqua Dest mV Das Instrument misst die Spannung zwischen den Kammern I und A 0 HCl 40 -60 • Elektrische Feldstärke und Spannung entstehen erst bei Verschiebung der Ladungs-Schwerpunkte Hydratisierte H+ Ionen Hydratisierte Cl- Ionen I A

4. Das Diffusionspotential (2): Diffusion mV 0 Vektor der elektrischen Feldstärke 40 -60 • Die kleinere, positive Ladung diffundiert schneller: Ladungstrennung verursacht ein elektrisches Feld • Die Ladungstrennung endet bei Gleichgewicht zwischen der Arbeit gegen das elektrische Feld und der zur Diffusion benötigten thermischen Energie

5. Das Diffusionspotential (3): Ladungsausgleich mV 0 40 -60 • Rühren verteilt die Ladungen gleichmäßig: Feld und Potential werden zu Null

6. Das Kaliumgleichgewichtspotential (1) mV 0 40 -60 • Die Schwerpunkte unterschiedlicher Ladungen sind identisch: Elektrische Feldstärke und Spannung sind Null Kalium-Citratlösung, 0,1 mmol/l I A

7. Eine Ionen-undurchlässige Wand trennt die Teilkammern (2) mV 0 40 -60 • Die Ladungen bleiben unverändert: Elektrische Feldstärke und Spannung sind Null Kalium-Citratlösung, 0,1 mmol/l

8. Konzentrations-Erhöhung in Teilkammer „I“ auf das 10-fache (3) mV 0 Kalium-Citratlösung 40 -60 • Nach wie vor sind die Schwerpunkte unterschiedlicher Ladungen identisch: Elektrische Feldstärke und Spannung sind Null Kalium-Citratlösung, 1,0 mmol/l Kalium-Citratlösung, 0,1 mmol/l I A

9. K+ - permeable Membran ersetzt die Trennwand (4) mV 0 40 -60 • Der Konzentrationsunterschied treibt die Diffusion der K+ Ionen, die negative Ladung bleibt zurück: Aus der Ladungstrennung folgt Feldstärke und Potentialdifferenz Kalium-Citratlösung, 1,0 mmol/l Kalium-Citratlösung, 0,1 mmol/l I A

10. Konzentration bei Diffusion der K+ - Ionen (5) mV 0 40 -60 • Das über der Membran entstehende elektrische Feld hält die K+ Ionen zurück und beendet den Diffusionsstrom. Die Spannung zwischen beiden Seiten der Membran bleibt in I und A praktisch konstant. • Zum Spannungsaufbau über der Membran sind nur wenige Ladungen erforderlich: Deshalb lässt die Diffusion die Konzentrationen praktisch unverändert Kalium-Citratlösung, 1,0 mmol/l Kalium-Citratlösung, 0,1 mmol/l I A

11. Spannung zwischen Bereichen unterschiedlicher Konzentrationen: Die Nernst Gleichung •  Spannungs-Änderungen erfordern den Transport von Teilchen in Flüssigkeiten: Langsamer, aber sehr stabiler Spannungsaufbau, unabhängig von äußeren Feldern

12. Die Nernst Gleichung mit Logarithmus zur Basis 10

13. Zusammenfassung • Konzentrationsunterschiede sind die Voraussetzung für Diffusion in einer Richtung • Diffundieren Teilchen mit Ladung eines Vorzeichens, dann unterscheiden sich die Schwerpunkte der pos. und negativen Ladungen, Ursache für: • Elektrische Feldstärke • Potentialunterschiede zwischen Bereichen unterschiedlicher Ladungen • Die zur Ladungstrennung aufzuwendende Energie wird bei der Diffusion in Form von Wärme zugeführt • Im Gleichgewicht ist der Diffusionsstrom der Teilchen gleich dem Strom der von der elektrischen Feldstärke „zurück gezogenen“ Teilchen. Bei Konzentrationen c_i und c_a zu beiden Seiten der Membran folgt (bei Raumtemperatur) das Gleichgewichtspotential zwischen beiden Seiten der Membran, gegeben durch • die „Nernst-Gleichung“U = 60 · log (c_i / c_a) [mV]

14. finis mV 0 40 -60 • Rühren verteilt die Ladungen gleichmäßig: Feldstärke und Potential gehen auf Null zurück