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Konzentrationsgefälle


Man spricht von einem Konzentrationsgefälle oder Konzentrationsgradienten (ungenau auch Stoffgradient genannt), wenn zwischen einem Ort x0 und einem Ort x1 sich die Konzentration eines Stoffes von c1 zu c2 ändert.

Die Diffusion von Stoffen erfolgt aufgrund eines Konzentrationsgradienten. Als elektrochemischen Gradienten bezeichnet man das Konzentrationsgefälle von gelösten Ionen, dieses hat eine herausragende Bedeutung für biologische Systeme, insbesondere den zellulären Energiestoffwechsel und die Nervenleitung.

Im engeren Sinne bezeichnet der Konzentrationsgradient eine kontinuierliche Änderung der Konzentration. Der Konzentrationsgradient ist dann das Maß der raumbezogenen Änderung und damit des Gradienten einer Konzentration eines chemischen Stoffes. Es ist der Quotient (genauer: Differentialquotient) aus Konzentrationsunterschied und der Strecke zwischen zwei Punkten in diesem Raum:

Im eindimensionalen Fall: [math]\frac{dc}{dx}[/math]
(mit dc: Änderung der Konzentration des Stoffes, dx: Ortsunterschied).

Mithilfe des Nabla-Operators kann der Konzentrationsgradient im 3-Dimensionalen folgendermaßen dargestellt werden:

[math]\vec\nabla c= \left(\frac{\partial c}{\partial x},\frac{\partial c}{\partial y},\frac{\partial c}{\partial z}\right)^{T}[/math]

Hierbei bezeichnet c die Konzentration; x, y, z sind die Komponenten des Ortsvektors.

Beispiele

Stoffgradienten sind eine Voraussetzung für die gerichtete Ausbreitung von Molekülen per Diffusion.

Eine Anwendung in der biochemischen Trennung ist die Gradientenelektrophorese. Dabei wird zuvor in einem Gelgemisch ein Stoffgradient erzeugt. Dabei kann es sich um einen Geldichte-Gradienten (variable Porenweite) oder auch um einen pH-Gradient (meist mit Ampholyten) handeln. Bei der folgenden elektrophoretischen Trennung konzentrieren sich dann die Stoffe in einem entsprechenden Sektor.

Eine weitere Anwendung ist die Trennung von Stoffgemischen im Dichtegradienten (z.B. aus Saccharose oder Caesiumchlorid) durch Dichtegradientenzentrifugation.

Bei der Chromatografie werden oft mobile Phasen mit sich in der Zeit verändernden Zusammensetzungen angewendet, um die Trennschärfe bei der Elution verschiedener adsorbierter Stoffe zu erhöhen.

In der Biologie sind Stoffgradienten eine Voraussetzung für:

Auch in der Geochemie und Ökologie sind Stoffgradienten bedeutsam, beispielsweise Gradienten der Sauerstoffkonzentration oder Schwefelwasserstoffkonzentration.

Literatur

  • Paul Reinhart Schimmel, Charles R. Cantor: Biophysical Chemistry: Part II: Techniques for the Study of Biological Structure and Function. H.C. Freeman Co., San Francisco, 1980, S. 619 - 642. ISBN 0-7167-1190-7.
  • Alfred Pingoud, Claus Urbanke: Arbeitsmethoden der Biochemie. DeGruyter, Berlin 1997, ISBN 3-11-016513-9 (als Google-Book ).
  • Richard Josiah Hinton, Miloslav Dobrota: Density Gradient Centrifugation, Band 6 von Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology, Elsevier, 1978. ISBN 9780080858753.

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Quelle: Wikipedia - http://de.wikipedia.org/wiki/Konzentrationsgefälle (Vollständige Liste der Autoren des Textes [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0

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