Gradiente di concentrazione

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In chimica il gradiente di concentrazione è una differenza di concentrazione di una stessa sostanza in due volumi adiacenti, che si può instaurare all'interfaccia tra due fasi, per esempio alle estremità di una membrana semipermeabile.

Il gradiente di concentrazione può funzionare da salto motore per i meccanismi di trasporto di materia. Infatti dalla legge di Fick, abbiamo:

in cui:

• J: flusso diffusivo, esprimibile in [mol·m^-2 s^-1] o [kg·m^-2 s^-1]
• D: coefficiente di diffusione o diffusività, esprimibile in [m²·s^-1]
• C: concentrazione, esprimibile in [mol·m^-3] o [kg·m^-3]
• ∇: operatore nabla
• : gradiente di concentrazione.

Indice 1 Equilibrio di concentrazioni 2 Utilità 3 Bibliografia 4 Voci correlate

[modifica] Equilibrio di concentrazioni

Le molecole chimiche hanno una naturale tendenza a riequilibrare le loro concentrazioni in due soluzioni messe a contatto. Se è possibile attraversare la membrana posta tra i due compartimenti, le molecole tendono a migrare dalla soluzione dove sono più concentrate a quella dove la loro concentrazione è minore (seguendo, appunto, il gradiente di concentrazione). Se invece la membrana è semipermeabile, cioè lascia passare soltanto l'acqua e nessun'altra molecola, allora è il solvente stesso a muoversi dal compartimento dove la soluzione è meno concentrata a quello dove la concentrazione è maggiore, per cercare di diluire quest'ultima soluzione.

[modifica] Utilità

Il gradiente di concentrazione è uno dei principali metodi di conversione di energia potenziale chimica in energia meccanica, e perciò viene spesso sfruttato dagli organismi viventi per svolgere numerose funzioni biologiche, tra cui:

• Respirazione cellulare: all'interno del mitocondrio, un particolare meccanismo (guidato dal coenzima Q) agevola la formazione di un gradiente di concentrazione di protoni fra le sue membrane, per cui questi vengono a trovarsi più concentrati nello spazio tra la membrana interna e la membrana esterna piuttosto che nella matrice mitocondriale. Si viene perciò a creare un gradiente di concentrazione, con gli ioni H⁺ che tendono fortemente a ritornare nella matrice: per farlo, non potendo attraversare la membrana interna a causa della loro carica, i protoni devono per forza sfruttare gli unici canali che si trovano sulla membrana stessa, cioè speciali molecole chiamate ATP sintetasi che, sfruttando l'energia determinata dal passaggio degli ioni al loro interno, compiono la fosforilazione dell'ADP in ATP.
• Bilancio del bicarbonato nel rene: per riassorbire il bicarbonato (HCO3^-) dal rene al plasma, le cellule tubulari lo scambiano con una molecola di cloro (Cl^-, di uguale carica elettrica), che tende spontaneamente ad entrare nella cellula, per mezzo di una proteina scambiatrice. Analogamente, lo ione H⁺ che era stato riassorbito lume tubulare assieme al bicarbonato viene reimmesso nella preurina mediante un analogo scambiatore che fa entrare al suo posto una molecola di Na⁺, sempre secondo gradiente di concentrazione.

[modifica] Bibliografia

• R. Byron Bird; Warren E. Stewart; Edwin N. Lightfoot, Transport Phenomena , 2^a ed. (in inglese) New York, Wiley, 2005 . ISBN 0470115394
• Frank P. Incropera; David P. DeWitt; Theodore L. Bergman; Adrienne S. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer , 6^a ed. (in inglese) Wiley, 2006 . ISBN 0471457280

[modifica] Voci correlate

• Diffusione molecolare
• Trasporto attivo
• Trasporto passivo
• Scambio di materia