Come si spostano le sostanze diffusione e osmosi

Come si spostano le sostanze diffusione e osmosi
Tiziano Terrani Liceo di Lugano 2 CH-6942 SAVOSA LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Premesse Al di sopra dello zero assoluto (0°K), le particelle che compongono la materia posseggono energia cinetica (di movimento). In un gas o in un liquido, ogni particella (per esempio molecola) che lo compone si può spostare in qualsiasi direzione. La velocità media delle particelle è proporzionale alla temperatura: quanto più alta sarà la temperatura, tanto maggiore sarà la velocità media delle particelle. LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Diffusione LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Diffusione di un gas nel vuoto
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Diffusione di un gas in un altro gas
rappresentazione dell’aria LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Diffusione di un gas in un altro gas
dopo un certo tempo LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Diffusione di un gas in un liquido (acqua)

Diffusione: definizione
Lo spostamento di una sostanza (conseguente al movimento casuale di ogni sua singola particella) da una zona dove essa è più concentrata ad una zona dove essa è meno concentrata è chiamato diffusione. LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Diffusione di velocissima vuoto gas meno veloce liquido più lenta

Calcolo velocità delle particelle
A quale velocità media si spostano le molecole di ossigeno (O2) allo stato gassoso nel vuoto? Ecin = 3/2 k T = ½ m v2 k= 1.38 x J K-1 v =  3 k T m-1 collegamento a excel LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

… rispetto a quello delle particelle del gas in B
Diffusione ogni particella di gas si può muovere in tutte le direzioni il numero degli urti delle particelle del gas contro ogni parete dipende (anche) dalla sua concentrazione compartimento A compartimento B … rispetto a quello delle particelle del gas in B il numero di urti contro la parete delle particelle del gas in A è in media doppio LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Diffusione = flusso netto
ogni particella di gas si può muovere in tutte le direzioni il numero degli urti delle particelle del gas contro ogni parete dipende (anche) dalla sua concentrazione compartimento A compartimento B particelle particelle particelle si ha un flusso netto di gas da A (dove esso è più concentrato) a B (dove esso è meno concentrato) … … questo flusso (netto) si chiama diffusione … rispetto a quello delle particelle che da B si spostano in A il numero di particelle che da A si sposta in B è in media doppio LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Quanto dura la diffusione?
La diffusione ha luogo fin quando in A e in B c’è uguale concentrazione di gas compartimento A compartimento B particelle particelle un flusso netto di gas da A (dove esso è più concentrato) a B (dove esso è meno concentrato) … … ha luogo fin quando ... … a quello delle particelle che da B si spostano in A il numero di particelle che da A si sposta in B è uguale ... LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Diffusione … del soluto
particelle di solvente particelle di soluto soluzione A soluzione B [soluzione A] = 2x [soluzione B] in una rappresentazione più realistica, le molecole del solvente dovrebbero essere a contatto fra loro La soluzione A ha una concentrazione doppia rispetto alla soluzione B LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

ogni particella del soluto si può muovere in tutte le direzioni il numero degli urti delle particelle del soluto contro ogni parete dipende (anche) dalla sua concentrazione … rispetto a quello delle particelle del soluto in B il numero di urti contro la parete delle particelle del soluto in A è in media doppio LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

particelle di solvente particelle di soluto soluzione A soluzione B soluto soluto soluto si ha un flusso netto di soluto dalla soluzione più concentrata a quella meno concentrata … … questo flusso (netto) si chiama diffusione LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

particelle di solvente particelle di soluto soluzione A soluzione B soluto soluto Col passare del tempo le concentrazioni delle soluzioni A e B a contatto diventano uguali … a questo punto il sistema ha raggiunto lo stato di equilibrio. LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Diffusione … del solvente!
particelle di solvente particelle di soluto soluzione A soluzione B Nella soluzione A c’è meno acqua per unità di volume che nella soluzione B … … in altre parole, la concentrazione del solvente in B è maggiore di quella del solvente in A LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

ogni particella del solvente si può muovere in tutte le direzioni il numero degli urti delle particelle del solvente contro la parete dipende (anche) dalla sua concentrazione … rispetto a quello delle particelle del solvente in A il numero di urti delle particelle di solvente in B è maggiore LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

particelle di solvente particelle di soluto soluzione A soluzione B solvente solvente solvente …anche questo flusso (netto) si chiama diffusione si ha quindi un flusso netto di solvente dalla soluzione meno concentrata a quella più concentrata … LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

particelle di solvente particelle di soluto soluzione A soluzione B solvente solvente Col passare del tempo le concentrazioni del solvente in A e in B diventano uguali … a questo punto il sistema ha raggiunto lo stato di equilibrio. LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Conclusione: sia il soluto che il solvente diffondono!
particelle di solvente particelle di soluto soluzione A soluzione B diffusione del soluto soluto solvente diffusione del solvente LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Conclusione: all’equilibrio!
particelle di solvente particelle di soluto soluzione A soluzione B soluto soluto solvente solvente LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Velocità della diffusione
Legge di Fick v = DA Δc/l v: velocità di diffusione (numero di molecole che si spostano nell’unità di tempo) A: area della superficie attraverso la quale avviene la diffusione Δc: differenza di concentrazione del soluto nelle due soluzioni l: distanza lungo la quale avviene lo spostamento delle particelle (molecole) D: costante che varia da sostanza a sostanza e che dipende anche dalla temperatura LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Quanto tempo per diffondere?
I tempi di diffusione sono molto lunghi sulle grandi distanze, ma brevi per distanze dell’ordine delle dimensioni di una cellula. Tempi di diffusione di un composto chimico organico (fluorescina) in soluzione acquosa: 1 s 10 s 30 s 1 min 10 min 15 min 30 min 24 h 30 d 87 μm 275 μm 477 μm 675 μm 2.13 mm 2.62 3.71 2.5 cm 14 cm tempo spazio percorso LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Diffusione e osmosi LiLu2, TT/09
da H. CURTIS. Introduzione alla biologia. Zanichelli 1991 LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Osmosi soluzione A soluzione B
la soluzione A è più concentrata della soluzione B … … e quindi la concentrazione del solvente (acqua) qui è maggiore membrana semipermeabile, lascia passare solo il solvente LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

solvente solvente solvente … questo flusso di solvente, attraverso una membrana semipermeabile, si chiama osmosi si ha un flusso netto di acqua (solvente) dalla soluzione meno concentrata a quella più concentrata … LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

… dopo un certo tempo si instaura un equilibrio, dove la quantità di solvente che entra nella soluzione A è uguale a quella che esce. solvente solvente solvente la tendenza dell’acqua ad entrare viene poco a poco controbilanciata dall’aumento della pressione osmotica nella soluzione A … LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Osmosi nelle cellule vegetali
soluzione A soluzione B membrana cellulare soluzione extracellulare soluzione del citoplasma solvente solvente turgore cellulare solvente solvente parete cellulare (permeabile a solvente e soluti) LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Turgore cellulare nei vegetali

Plasmolisi nelle cellule vegetali
solvente solvente turgore cellulare solvente solvente LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

= = Solvente e soluto solvente soluto per esempio molecole di acqua
H2O soluto per esempio molecole di saccarosio (zucchero da tavola) = C12H22O11 proporzione corretta tra la molecola di saccarosio e la molecola di acqua LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

ARI X 100 000 000 ARIA Modello dell’aria Diffusione e osmosi

AZOTO N2 OSSIGENO O2 ACQUA H2O
ca. 78% OSSIGENO O2 ca. 21% ACQUA H2O % variabile BIOSSIDO DI CARBONIO CO2 0.037% LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Link agli esercizi esercizi e domande LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi

Vacuolo contrattile paramecio

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