Die Kinetik des Ionenaustausches durch selektiv ionenpermerable Membranen

Zusammenfassung

• 1. Die Kinetik des Ionenaustausches durch eine selektiv ionenpermeable Membran muß unter Berücksichtigung der osmotischen und der elektrostatischen Triebkraft der Diffusion berechnet werden.

• 2. Die Durchführung der Rechnung für die stationäre Diffusion (dm/dt=const.) ergibt für einwertige Ionen folgendes. In der Membran stellt sich, wenn die beiden Ionen verschiedene Beweglichkeit haben, ein linearer Potentialgradient und ein exponentieller Konzentrationsgradient ein. Die Austauschgeschwindigkeit sowie der Verlauf des Konzentrations- und des Potentialgradienten hängen in komplizierter Weise von den beiden Ionenbeweglichkeiten und den Ionenkonzentrationen in den beiden Grenzflächen der Membran ab. Die entsprechenden Gleichungen werden entwickelt und diskutiert.

• 3. Sind die beiden Ionenbeweglichkeiten stark verschieden, so nähert sich die Verteilung der schnelleren Ionen in der Membran einem Grenzfall, der mit demDonnan-Gleichgewicht die Beziehung zwischen Konzentration und elektrostatischem Potential sowie beim Vorhandensein mehrerer schneller Ionenarten die Gleichheit der Verteilungsverhältnisse gemeinsam hat und der als “partielles Ionengleichgewicht” bezeichnet wird.

• 4. Haben die beiden Ionenarten verschiedene Wertigkeit, so bleiben Austauschgeschwindigkeit, Konzentrationsgradient und Potentialgradient der Berechnung zugänglich, die Gleichungen werden aber verwickelter. Der Potentialgradient ist dann nicht mehr linear.

• 5. Die Ionenkonzentrationen in den Membrangrenzflächen sind nicht identisch mit denjenigen der Außenlösungen, sondern mit ihnen durch die Beziehung desDonnan-Gleichgewichtes verbunden. Die quantitativen Folgerungen daraus werden diskutiert.