Elektrochemischer Gradient

Der elektrochemische Gradient ist der Gradient des elektrochemischen Potentials:

${\displaystyle \nabla {\overline {\mu }}_{i}=\nabla \mu _{i}({\vec {r}})+\nabla z_{i}\mathrm {F} \varphi ({\vec {r}})}$

• ${\displaystyle z_{i}}$ Ladungszahl des Ions
• F, Faraday-Konstante, F = 96485.33 C / mol
• ${\displaystyle \varphi }$, Lokales elektrisches Potential

Mit diesem Gradienten werden räumliche Unterschiede der chemischen Konzentration (Konzentrationsgefälle) als auch Unterschiede des elektrischen Potentials (elektrische Spannung) erfasst. Daher lassen sich mit ihm auch Änderungen der Verteilung von geladenen Teilchen wie Ionen in einem Flüssigkeitsraum bei Anwesenheit eines elektrischen Feldes beschreiben. Bei einem elektrochemischen Gradienten = 0 für ein bestimmtes Ion sind diese geladenen Teilchen statistisch betrachtet so verteilt, dass elektrische und chemische Gradienten im Gleichgewicht stehen. Anders ausgedrückt: Im Gleichgewicht verschwindet der elektrochemische Gradient.

Da Ionen eine Ladung tragen, treten bei ihrer Verteilung beide Gradienten kombiniert auf.

• Chemischer Gradient – ein Konzentrationsgefälle im Verteilungsraum tendiert infolge der temperaturabhängigen zufälligen Bewegung der Teilchen (Brownsche Molekularbewegung) zum Ausgleich. Liegt eine ungleichmäßige Verteilung einer Ionenart vor, ist damit auch ein elektrischer Gradient verbunden.
• Elektrischer Gradient – ein Potentialunterschied im elektrischen Feld tendiert zum Spannungsabfall durch ausgeglichene Ladungsverteilung. Liegt eine ungleiche Verteilung von geladenen Teilchen einer Ionenart vor, ist damit auch ein chemischer Gradient verbunden.