Brownsche Bewegung

Als brownsche Bewegung (oder brownsche Molekularbewegung) wird die vom schottischen Botaniker Robert Brown (1773-1858) im Jahr  1827 wiederentdeckte Wärmebewegung von Teilchen in Flüssigkeiten und Gasen bezeichnet. Dabei beschreibt jedes Atom oder Molekül eine Bewegung, deren Intensität temperaturabhängig ist. Weniger bekannt ist, dass bereits 1785 Jan Ingenhousz die Bewegung von Holzkohlestaub auf Alkohol beschrieb.

Brown beobachtete unter dem Mikroskop, wie Pollen in einem Wassertropfen unregelmässig zuckende Bewegungen machten. Ursprünglich und gleichzeitig irrtümlich nahm Brown an, dass dies ein Hinweis auf die Lebenskraft sei, die lange Zeit von Wissenschaftlern als existent vermutet wurde (siehe organische Chemie). Diesen Effekt konnte er aber letzten Endes in weiteren empirischen Experimenten auch an eindeutig unbelebten Staubkörnern beobachten.

Eine beweisbare Erklärung liefern die Moleküle des Wassertropfens, die permanent von allen Seiten gegen die grösseren, sichtbaren Pollenteilchen stossen, wie 1860 durch die maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung auch mathematisch exakt beschrieben werden konnte. Dass es sich um eine Folge der Bewegung der Flüssigkeitsmoleküle und nicht anderer Ursachen handelt, bewies zuerst Christian Wiener 1863 in Experimenten.

Die Erklärung der Brown'schen Bewegung wurde erst viel später, nämlich 1905, von Albert Einstein (1879-1955) in seinem Aufsatz "Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen"  vorgeschlagen.

Ein Kolloid stösst pro Sekunde etwa 1021-mal mit einem Lösungsmittelmolekül zusammen. Dadurch erfährt es jedes Mal eine Kraft, was zu einer zufälligen Bewegung, einem sogenannten Random Walk führt. Ohne äussere Einflüsse ist die Wahrscheinlichkeit einer Bewegungsänderung in jede Richtung gleich gross. Daher erhält man bei längerer Betrachtung für die Summe der Richtungsänderung Null.

Für den Taucher & Gasblender heisst das:

Sind Gase einmal gemischt, bleiben diese gemäss der konstanten Bewegung der Gasmoleküle so.