LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 1 Come si spostano le sostanze diffusione e osmosi Tiziano Terrani...

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LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 1

Come si spostano le sostanzediffusione e osmosi

Tiziano TerraniLiceo di Lugano 2CH-6942 SAVOSA

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.

Diffusione

Diffusione di un gas nel vuoto

Diffusione di un gas in un altro gas

rappresentazione dell’aria

Diffusione di un gas in un altro gas

dopo un certo tempo

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.

Diffusione di

liquido

velocissima

meno veloce

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 10-23 J K-1

collegamento a excel

v = 3 k T m-1

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

il numero di urti contro la parete delle particelle del gas in A è

in media doppio

… rispetto a quello delle particelle del gas in B

compartimento A compartimento B

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

il numero di particelle che da A si sposta in B è in media

doppio

… rispetto a quello delle particelle che da B si

spostano in A

particelle

… questo flusso (netto) si

chiama diffusione

si ha un flusso netto di gas da A (dove esso è più concentrato) a B (dove esso

è meno concentrato) …

Quanto dura la diffusione?

il numero di particelle che da A si sposta in B è uguale ...

… a quello delle particelle che da B si spostano in A

particelle

… ha luogo fin quando ...un flusso netto di gas da A (dove

esso è più concentrato) a B (dove esso è

meno concentrato) …

La diffusione ha luogo fin quando in A e in B c’è uguale concentrazione di gas

Diffusione … del soluto

soluzione A soluzione B

particelle di solvente particelle di soluto

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

[soluzione A] = 2x [soluzione B]

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

il numero di urti contro la parete delle particelle del soluto in A

è in media doppio

… rispetto a quello delle particelle del soluto in B

soluto

si ha un flusso netto di soluto dalla soluzione più concentrata a quella

meno concentrata …

… questo flusso (netto) si

chiama diffusione

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.

Diffusione … del solvente!

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

ogni particella del solvente si può muovere in tutte le direzioniil numero degli urti delle particelle del solvente contro la parete dipende (anche) dalla sua concentrazione

il numero di urti delle particelle di solvente in B è maggiore

… rispetto a quello delle particelle del solvente in A

solvente

si ha quindi un flusso netto di solvente dalla soluzione meno

concentrata a quella più concentrata …

…anche questo flusso

(netto) si chiama diffusione

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.

Conclusione: sia il soluto che il solvente diffondono!

solvente

diffusione del solvente

soluto

diffusione del soluto

Conclusione: all’equilibrio!

soluto

solvente

Velocità della diffusione

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

Legge di Fick

Quanto tempo per diffondere?

Tempi di diffusione di un composto chimico organico (fluorescina) in soluzione acquosa:

1 s 10 s 30 s 1 min10 min

15 min

30 min

24 h 30 d

87 μm

275 μm

477 μm

cm14 cm

spazio percorso

I tempi di diffusione sono molto lunghi sulle grandi distanze, ma brevi per distanze dell’ordine delle dimensioni di una cellula.

da H. CURTIS. Introduzione alla biologia. Zanichelli 1991

Osmosi

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

Osmosi

solvente

si ha un flusso netto di acqua (solvente) dalla soluzione meno

concentrata a quella più concentrata …

… questo flusso di solvente, attraverso una membrana semipermeabile, si chiama

osmosi

Osmosi

solvente

la tendenza dell’acqua ad entrare viene poco a poco

controbilanciata dall’aumento della pressione osmotica nella

soluzione A …

… 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

Osmosi nelle cellule vegetali

soluzione del citoplasma

soluzione extracellulare

parete cellulare(permeabile a solvente e

soluti)

turgore cellulare

membrana cellulare

solvente

solventesolvente

solvente

Turgore cellulare nei vegetali

Plasmolisi nelle cellule vegetali

turgore cellularesolvente

solvente

Solvente e soluto

per esempio molecole di acqua

solvente

soluto

per esempio molecole di saccarosio (zucchero da tavola)

C12H22O11=

proporzione corretta tra la molecola di saccarosio e la molecola di acqua

ARIARIA

Modello dell’aria

X 100 000 000

AZOTO N2

ca. 78%

OSSIGENO O2

ca. 21%

ACQUA H2O% variabile

BIOSSIDO DICARBONIO CO2

0.037%

Link agli esercizi

esercizi e domande

Vacuolo contrattile paramecio

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