Diffusion ist der Prozess, bei dem Teilchen, wie Moleküle oder Ionen, sich aufgrund ihrer zufälligen Bewegung von Bereichen mit hoher Konzentration in solche mit niedrigerer Konzentration bewegen. Dies geschieht, bis sich die Konzentration der Teilchen in einem gegebenen Raum gleichmäßig verteilt hat, also ein Zustand des Gleichgewichts erreicht ist. Diffusion ist ein passiver Transportmechanismus, das heißt, sie benötigt keine zusätzliche Energie, um stattzufinden. Sie ist ein fundamentaler Prozess in der Natur und spielt eine wesentliche Rolle in vielen biologischen und chemischen Vorgängen.

Ein klassisches Beispiel für Diffusion ist die Ausbreitung eines Duftes in einem Raum. Wenn man einen Tropfen Parfüm auf den Boden sprüht, sind die Duftmoleküle zunächst stark konzentriert an der Stelle, an der der Tropfen abgegeben wurde. Durch die zufällige Bewegung der Moleküle breiten sich diese dann aus und erreichen schließlich alle Bereiche des Raumes. Die Konzentration der Duftmoleküle ist nach einer Weile überall im Raum ungefähr gleich, obwohl keine äußere Kraft auf die Moleküle wirkt. Dieser Vorgang der Gleichverteilung der Moleküle ist das Ergebnis der Diffusion.

In biologischen Systemen spielt Diffusion eine zentrale Rolle. Ein gutes Beispiel ist die Atmung. In den Lungen alveolen, den winzigen Luftsäcken der Lunge, gibt es eine hohe Konzentration von Sauerstoff in der eingeatmeten Luft und eine niedrigere Konzentration im Blut der Kapillaren, die die Alveolen umgeben. Durch Diffusion bewegt sich der Sauerstoff von der höheren Konzentration in der Luft zu der niedrigeren Konzentration im Blut, wo er dann vom Hämoglobin aufgenommen wird. Ein ähnlicher Prozess findet bei der Abgabe von Kohlendioxid statt: Das Kohlendioxid, das im Blut vorhanden ist, diffundiert in die Alveolen und wird schließlich ausgeatmet.

Auch in Pflanzen ist Diffusion für den Gasaustausch in den Blättern wichtig. Hier nimmt die Pflanze Kohlendioxid aus der Luft auf, das über winzige Öffnungen in den Blättern, die sogenannten Stomata, in die Zellen diffundiert. In diesen Zellen wird das Kohlendioxid dann für die Photosynthese verwendet. Gleichzeitig wird Sauerstoff als Abfallprodukt der Photosynthese abgegeben, und dieser Sauerstoff verlässt die Zellen ebenfalls durch die Stomata, um in die Atmosphäre zu diffundieren.

Die Geschwindigkeit, mit der die Diffusion stattfindet, wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst. Ein wichtiger Faktor ist die Temperatur: Je höher die Temperatur, desto schneller bewegen sich die Moleküle, was die Diffusionsrate erhöht. Auch die Größe der Moleküle spielt eine Rolle. Größere Moleküle haben eine geringere Diffusionsgeschwindigkeit als kleinere. Die Konzentrationsdifferenz zwischen den beiden Bereichen ist ebenfalls entscheidend: Je größer der Unterschied in der Molekülkonzentration, desto schneller erfolgt die Diffusion.

In Zellen und Organismen wird Diffusion oft durch Membranen hindurch geleitet, die selektiv durchlässig sind, das heißt, sie lassen nur bestimmte Moleküle hindurch. Zum Beispiel können kleine, ungeladene Moleküle wie Sauerstoff und Kohlendioxid relativ einfach durch die Zellmembran diffundieren, während größere oder geladene Moleküle wie Glukose oder Ionen spezielle Transportmechanismen benötigen, um in oder aus der Zelle zu gelangen. Dieser selektive Transport ermöglicht es Zellen, eine kontrollierte Zusammensetzung ihrer inneren Umgebung aufrechtzuerhalten und auf die Bedürfnisse des Organismus zu reagieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Diffusion ein allgegenwärtiger und grundlegender Prozess in der Natur ist, der das gleichmäßige Verteilen von Teilchen in einem Raum bewirkt und in vielen biologischen und physiologischen Prozessen eine Schlüsselrolle spielt. Sie ermöglicht den Transport von Nährstoffen, Gasen und Abfallstoffen innerhalb von Organismen und ist ein wichtiger Mechanismus zur Aufrechterhaltung der Homöostase.