Diffusione e osmosi

Diffusione

La diffusione è un fenomeno di trasporto in cui le particelle si spostano da una regione in cui sono altamente concentrate in una regione in cui la loro concentrazione è minore. La velocità con cui queste particelle si muovono è nota come velocità di diffusione, ed è influenzata dai seguenti fattori:

• Temperatura: all'aumentare della temperatura, cresce la velocità di diffusione.

Al crescere della temperatura, l'energia cinetica delle particelle aumenta; ciò significa che si muovono più velocemente. Pertanto le particelle si diffondono più velocemente nella soluzione e la velocità di diffusione aumenta.

• Dimensioni delle particelle: se le dimensioni delle particelle aumentano, la velocità di diffusione diminuisce.

Le particelle di dimensioni maggiori diventano meno mobili nei solventi; al diminuire della loro velocità, diminuisce anche la loro velocità di diffusione.

• Massa delle particelle: se la massa delle particelle aumenta, la velocità di diffusione diminuisce.

Al pari delle particelle più grandi, anche le particelle più pesanti sono meno mobili in soluzione e la loro velocità di diffusione diminuisce. In una soluzione, il soluto è la sostanza che si vuole sciogliere e il solvente è il mezzo che scioglie il soluto. Nel caso delle cellule, l'acqua è il costituente più abbondante ed è il solvente principale in cui le sostanze sono disciolte per poter partecipare alle reazioni.

Osmosi

L'osmosi è una particolare forma di diffusione in cui le concentrazioni di acqua di due soluzioni, separate da una membrana parzialmente permeabile, raggiungono l'equilibrio. Questo equilibrio si verifica quando le molecole d'acqua si muovono dalla soluzione più concentrata a quella meno concentrata.

Nel caso delle cellule, l'osmosi può avvenire perché le membrane cellulari sono semipermeabili. Possono verificarsi le tre situazioni descritte di seguito:

• Soluzione ipotonica -> la concentrazione del soluto all'esterno della cellula è più bassa di quella all'interno della cellula. A causa dell'osmosi, si verifica un movimento netto di molecole d'acqua dall'esterno all'interno della cellula, causandone il rigonfiamento.

• Soluzione isotonica -> il soluto all'esterno della cellula ha la stessa concentrazione di quello all'interno della cellula. Non c'è quindi un movimento netto di molecole d'acqua attraverso la membrana cellulare, in nessuna direzione.

• Soluzione ipertonica -> la concentrazione del soluto all'esterno della cellula è più alta di quella all'interno della cellula. Questo determina il movimento netto di molecole d'acqua dall'interno della cellula alla soluzione all'esterno, provocando la riduzione di volume della cellula stessa.

I fenomeni di osmosi devono essere controllati e sono molto importanti nel caso delle cellule del sangue. Se gli eritrociti (globuli rossi) sono circondati da una soluzione ipotonica, si verificherà un movimento netto di molecole d'acqua verso l'interno delle cellule che le farà gonfiare e alla fine scoppiare. Se invece le cellule sono circondate da una soluzione ipertonica, perderanno acqua e diminuiranno di volume.

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Potenziale idrico

Il potenziale idrico (ψ) quantifica la tendenza dell'acqua a spostarsi da una regione all'altra, come nel caso dell'osmosi. È la somma di diversi potenziali, tra cui il potenziale di pressione (ψ_p) e il potenziale osmotico, o di soluto (ψ_π).

ψ = ψ_p + ψ_π

• Potenziale di pressione (ψ_p): al crescere della pressione, aumenta il potenziale idrico.

• Potenziale osmotico (ψ_π): se la concentrazione del soluto aumenta, il potenziale idrico diminuisce.

Il potenziale osmotico (ψ_π) può essere calcolato con l'equazione di Van 't Hoff: ψ_π = i∙C∙R∙T

Dove i è il coefficiente di van 't Hoff, o costante di ionizzazione (rapporto tra particelle in soluzione e quantità dissolta), C è la concentrazione molare del soluto (mol/L), R è la costante dei gas perfetti (0,00831 L∙bar/mol∙K) e T è la temperatura assoluta (K). Si noti che la costante di ionizzazione è pari a 1 per le molecole che non si ionizzano quando disciolte.