Konsentrasjonsgradient

I kjemi er konsentrasjonsgradienten gradienten assosiert med en forskjell i konsentrasjon av den samme kjemiske arten mellom to tilstøtende volumer, som kan etableres i grensesnittet mellom to faser , for eksempel ved endene av en semipermeabel membran . I tilfelle at den aktuelle kjemiske arten er et ion, snakker vi mer presist om en ionisk gradient .

Materietransport assosiert med en konsentrasjonsgradient

Konsentrasjonsgradienten kan fungere som et motorhopp for materiens transportmekanismer , og genererer en strøm av materie som oppstår langs den retningen der variasjonen i konsentrasjonen til arten som transporteres er størst.

Den første loven til Fick gjør det mulig å vite hastigheten på utvekslingen av materie (og derfor strømmen, legg merke til utvekslingsområdet) mens den andre loven til Fick tillater å vite retningen til strømmen.

Spesielt er Ficks lov uttrykt som:

{\ displaystyle J = -D \ nabla C = -D \ cdot \ venstre ({\ delvis C \ over \ delvis x} + {\ delvis C \ over \ delvis y} + {\ delvis C \ over \ delvis z} \ Ikke sant)}

der:

$J$ : diffusiv fluks , uttrykkelig i [mol · m −2 s −1 ] eller [kg · m −2 s −1 ]
$D.$ : diffusjonskoeffisient eller diffusivitet av stoff , uttrykt i [m 2 · s −1 ]
$C.$ : konsentrasjon, uttrykt i [mol · m −3 ] eller [kg · m −3 ]
∇: nabla-operatør
${\ displaystyle \ nabla C}$ : konsentrasjonsgradient.

Likevekt av konsentrasjoner

Kjemiske arter har en naturlig tendens til å rebalansere konsentrasjonene i to løsninger som bringes i kontakt. Hvis det er mulig å krysse membranen mellom de to avdelingene, har artene en tendens til å migrere fra løsningen der de er mer konsentrert til den hvor konsentrasjonen er lavere (langs den retningen konsentrasjonsgradienten oppstår). Hvis på den annen side membranen er semipermeabel (dvs. den lar bare løsningsmidlet passere, men ikke det løste stoffet ), så er det løsningsmidlet som beveger seg fra rommet der løsningen er mindre konsentrert til det hvor konsentrasjonen er større, for å prøve å fortynne sistnevnte løsning.

Rolle i biologi

Konsentrasjonsgradienten er en av hovedmetodene for å konvertere kjemisk potensiell energi til mekanisk energi , og derfor utnyttes den ofte av levende organismer til å utføre en rekke biologiske funksjoner, inkludert:

Cellulær respirasjon : inne i mitokondriet letter en spesiell mekanisme (drevet av koenzym Q ) dannelsen av en konsentrasjonsgradient av protoner mellom membranene, slik at disse er mer konsentrert i rommet mellom den indre membranen og den ytre membranen i stedet for i membranen. mitokondriell matrise. Det skapes derfor en konsentrasjonsgradient, med H + -ionene som har en sterk tendens til å gå tilbake til matrisen: for å gjøre det, fordi de ikke kan krysse den indre membranen på grunn av ladningen, må protonene nødvendigvis utnytte de eneste kanalene som finnes. på selve membranen, det vil si spesielle molekyler kalt ATP-syntase som, ved å utnytte energien bestemt av passasje av ioner inne i dem, utfører fosforyleringen av ADP til ATP .
Bikarbonatbalanse i nyren : for å reabsorbere bikarbonatet (HCO 3 - ) fra nyren til plasmaet , bytter de rørformede cellene det ut med et klormolekyl (Cl- , med lik elektrisk ladning ), som spontant har en tendens til å komme inn i cellen, ved å midler av et utvekslingsprotein. Tilsvarende blir H + -ionet som hadde blitt reabsorbert i det rørformede lumen sammen med bikarbonatet, gjeninnført i preurinet ved hjelp av en lignende veksler som lar et molekyl av Na + komme inn på stedet , igjen i henhold til konsentrasjonsgradienten.

Bibliografi

Robert Byron , Warren E. Stewart; Edwin N. Lightfoot, Transport Phenomena , 2. utgave, New York, Wiley, 2005, ISBN 0-470-11539-4 .
( EN ) Frank P. Incropera, David P. DeWitt; Theodore L. Bergman; Adrienne S. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer , 6. utgave, Wiley, 2006, ISBN 0-471-45728-0 .

Relaterte elementer

Eksterne lenker

( NO ) IUPAC Gold Book, "Concentration gradient" , på goldbook.iupac.org .