Tensione superficiale Proprietà caratteristica dei liquidi che si manifesta lungo le superfici di separazione Dipende dalle forze di coesione molecolare che sulla superficie del liquido hanno risultante rivolta verso il suo interno Il liquido si comporta come se fosse racchiuso da una membrana elastica che gli permette di variare la forma mantenendo minima la superficie esterna Es. La forma sferica delle gocce Es. Bolle di sapone Il fenomeno della capillarità è dovuto alla tensione superficiale Lo studio della T.S. è molto importante per lo sviluppo di sostanze tensioattive che hanno lo scopo di diminuire la tensione superficiale ad esempio dell’acqua aumentandone il potere bagnante e le proprietà schiumogene, detergenti, emulsionanti e di penetrazione in materiali porosi

Diffusione Fenomeno che consiste nel trasporto di materia tra due punti di un sistema nei quali i componenti siano presenti in concentrazioni diverse Ha come effetto quello di rendere uniforme la concentrazione di una sostanza È regolata dalla seguente relazione Che esprime il fatto che le molecole di una sostanza A si diffondono nella direzione x proporzionalmente ad un coefficiente di diffusione caratteristico della sostanza ed alla diminuzione di concentrazione della sostanza nella stessa direzione È importante nell’assorbimento di gas o liquidi, nella distillazione e nell’evaporazione

Filtrazione È una operazione meccanica che tende a separare le particelle solide che si trovano in sospensione in un fluido (liquido o gas) dal fluido stesso Usualmente viene realizzata ricorrendo a mezzi porosi che trattengono il solido ma non il fluido In laboratorio si realizza tramite carte da filtro o setti filtranti con diametro dei pori più piccolo di quello della sostanza da separare. Il diametro dei pori non deve essere troppo piccolo altrimenti il filtro si intasa

Membrana semipermeabile Sottile strato di sostanze naturali od artificiali che permette il passaggio di soli cationi e non degli anioni o viceversa, oppure del solo solvente e non del soluto Membrane naturali sono le vesciche di animali o sottili bucce di alcuni frutti Membrane artificiali possono essere costituite da ferrocianuro di rame o dispersioni di resine in cellulosa o di stirene solfonato in polietilene

Osmosi Fenomeno di diffusione selettiva attraverso una membrana semipermeabile Si alza il livello dell’acqua e zucchero perché entra acqua cercando di equilibrare la pressione dell’acqua nei due liquidi Acqua e zucchero acqua Lo zucchero (saccarosio ) non passa attraverso i pori della pergamena, al contrario dell’acqua pergamena, permeabile all’acqua ma impermeabile allo zucchero

Pressione osmotica della soluzione È la pressione che si sarebbe dovuto esercitare sulla soluzione per impedire l’osmosi. La pressione osmotica tende a far diventare uguali le pressioni dell’acqua (solvente) all’interno ed all’esterno della membrana: di conseguenza la pressione osmotica finale è la pressione dovuta alle molecole del solo zucchero (soluto). Le osservazioni sperimentali hanno rivelato che un soluto si comporta come un gas perfetto e che la pressione osmotica nasce dal bombardamento delle pareti del contenitore da parte delle molecole di soluto. La legge che esprime la pressione osmotica in funzione del volume della soluzione, della temperatura assoluta e del numero n di moli del soluto è Dove R è la costante universale dei gas perfetti:

Se la membrana è permeabile sia al solvente che al soluto l’osmosi avviene in entrambe le direzioni fintanto che si equilibra la concentrazione della soluzione ai due lati della membrana. L'osmosi ha una grandissima importanza in molti processi fisiologici del nostro organismo, riguardanti specialmente la diffusione del sangue e della linfa, la formazione dell'urina, l'assorbimento degli alimenti da parte degli intestini, ecc. Se poniamo dei globuli rossi del sangue in acqua, essi si gonfieranno perché la loro membrana esterna permette all'acqua di entrare per diluire il liquido intracellulare. Come risultato le cellule si gonfieranno fino a scoppiare. Se le stesse cellule fossero poste in acqua molto salata (o molto zuccherata), l'acqua all'interno dei globuli rossi se ne uscirebbe fuori ed essi avvizzirebbero restringendosi.

L’osmosi è di fondamentale importanza per i processi biologici perché tutte le cellule viventi sono circondate da membrane semipermeabili. Questo fatto consente la diffusione selettiva delle molecole di cui la cellula ha bisogno per il proprio nutrimento. Spiega anche altri fenomeni in campo medico, come : a) i purganti per i purganti le pareti intestinali sono impermeabili, richiamano acqua dall’organismo verso l’intestino per compensare la pressione osmotica creata dalla loro ingestione.

b) la Sete: aumento della concentrazione di sali nel plasma dovuto alla perdita d’acqua individuato da particolari recettori cerebrali (osmocettori, sensibili alla pressione osmotica) Perché l’acqua salata non disseta? Dopo averla bevuta i reni, per far diminuire l’elevata pressione osmotica dovuta al sale ingerito richiamano acqua dai tessuti lasciando l’organismo ancora in preda alla sete. È fondamentale reidratarsi (ad esempio dopo attività sportiva) con bevande aventi una pressione osmotica analoga a quella del plasma (isotoniche) o addirittura con bevande ipotoniche che favoriscono una rapida idratazione

Osmosi inversa Esercitando una pressione sulla soluzione concentrata vincendo la pressione osmotica è possibile ottenere il processo inverso (spendendo energia) Esempio: potabilizzatori

Osmosi biologica Trova numerose applicazioni nell’organismo animando la vita delle cellule attraverso la cui membrana si svolge un intenso traffico: molecole di acqua, gas, rifiuti, numerosi ioni danno vita ad un incessante e selezionato scambio tra le cellule ed il liquido che le circonda. Esempio di processo tipo osmosi inversa: mantenimento da parte della membrana cellulare del gradiente di concentrazione di sodio (concentrazione più alta all’esterno della cellula) e potassio (concentrazione più alta all’interno) tra il liquido interstiziale ed il liquido intracellulare: l’espulsione di ioni sodio e l’introduzione di ioni potassio (la cosiddetta pompa sodio-potassio) avviene contro la pressione osmotica tramite consumo di energia (ATP). Se nell’organismo viene iniettata acqua distillata l’osmosi produce diffusione di acqua nelle cellule del sangue provocando un aumento del loro volume e della pressione interna: la membrana può rompersi e la cellula morire.

La sierosa del peritoneo (tunica che riveste internamente la cavità addominale) permette il passaggio di acqua ed alcuni soluti presenti in elevata concentrazione. Uitlizzando tale membrana le sostanze tossiche come i cataboliti azotati (prodotti terminali della demolizione metabolica), accumulati nel sangue di pazienti con insufficienza renale possono essere sottratte per osmosi. Procedura adottata anche nell’avvelenamento da barbiturici. Lo svuotamento gastrico è rallentato dall’assunzione di bevande con eccessiva concentrazione di soluti

Dialisi (dal greco: separazione) - È la terapia più largamente usata nei casi di insufficienza renale acuta e cronica. - Si basa sul principio dell’osmosi in virtù del quale due soluzioni diversamente concentrate e separate da una membrana, permeabile non solo al solvente ma anche alle molecole di qualche soluto, tendono ad equilibrarsi per diffusione reciproca. - Vengono simulate le funzioni dei glomeruli renali i quali (tramite la grande pressione idrostatica con cui giunge il sangue per mezzo dell’arteria renale) lasciano passare soltanto le molecole d’acqua, di sali, di urea ed altre sostanze riconosciute tossiche per l’organismo, trattenendo le molecole più grandi come l’albumina, la globulina e l’emoglobina. Essi riassorbono poi gran parte dell’acqua e delle sostanze ancora utili all’organismo (sodio, cloruri, amminoacidi ecc.). - Le membrane impiegate possono essere naturali o artificiali e permettono lo scambio per diffusione tra una soluzione artificiale opportunamente preparata (soluzione dializzante) e i liquidi dell’organismo. - Se si usa una membrana naturale, il peritoneo, si parla di dialisi peritoneale, se artificiale si parla di emodialisi o terapia mediante rene artificiale.

Emodialisi Il sangue ossigenato prelevato da una arteria viene spinto tramite una pompa nel dializzatore a membrana artificiale immerso nella soluzione dializzante. Dopo la depurazione il sangue è reinviato per via venosa nel sistema circolatorio del paziente. Materiale utilizzato: cuprophan, emophan o altri derivati della cellulosa. Questa sostanza presenta pori del diametro variabile tra 3 e 9 nanometri attraverso cui passano solo molecole di dimensioni inferiori, corrispondenti alle sostanze tossiche (scorie metaboliche) che vanno sottratte al sangue. La presenza nella soluzione dializzante di adeguate concentrazioni di ioni ad esempio di sodio, potassio, calcio, magnesio e bicarbonato permette la diffusione nel sangue di queste sostanze, arricchendo il patrimonio di sostanze utili. Ciò viene fatto semplicemente aumentando la loro concentrazione nella soluzione dializzante.

Emodialisi Rene artificiale I due tipi di dializzatori più comuni sono a bobina o a piastra. Nel dializzatore a piastra il sangue viene fatto passare tra due fogli di cuprophan al cui esterno circola il liquido dializzante. Durante il trattamento dialitico (4-5 ore) la circolazione extracorporea del sangue, la cui portata varia tra 200 e 400 ml/min avviene in ambiente altamente eparinizzato (eparina: polisaccaride presente nel fegato con effetti anticoagulanti) dializzatore Rene artificiale