Diffusione e osmosi

L'osmosi è il risultato della diffusione attraverso una membrana semipermeabile. Se due soluzioni di diversa concentrazione sono separate da una membrana semipermeabile, il solvente tenderà a diffondersi attraverso la membrana dalla soluzione meno concentrata a quella più concentrata. Questo processo si chiama osmosi . A livello cellulare, entrambi i processi sono tipi di trasporto passivo.

Le membrane semipermeabili sono strati di materiale molto sottili che consentono il passaggio di piccole molecole, come ossigeno, acqua, anidride carbonica, ammoniaca, glucosio, amminoacidi, ecc. Tuttavia, non consentono il passaggio di molecole più grandi, come saccarosio, proteine, ecc.

Tabella di confronto

Grafico comparativo diffusione-osmosi
Diffusione Osmosi
Che cos'è?La diffusione è un movimento spontaneo di particelle da un'area ad alta concentrazione a un'area a bassa concentrazione. (es. aroma di tè che si sposta da un'area ad alta a bassa concentrazione in acqua calda.)L'osmosi è il movimento netto spontaneo dell'acqua attraverso una membrana semipermeabile da una regione a bassa concentrazione di soluto a una soluzione più concentrata, fino a un gradiente di concentrazione. Ciò equalizza le concentrazioni su entrambi i lati della membrana.
ProcessiLa diffusione si verifica principalmente allo stato gassoso o all'interno di molecole di gas e molecole liquide (ad esempio, le molecole di 2 gas sono in costante movimento e se la membrana che li separa viene rimossa i gas si mescoleranno a causa di velocità casuali).Si verifica quando il mezzo che circonda la cellula ha una concentrazione d'acqua maggiore rispetto alla cellula. La cellula guadagna acqua insieme a importanti molecole e particelle per la crescita. Si verifica anche quando l'acqua e le particelle si spostano da una cellula all'altra.
ImportanzaCreare energia; Aiuta nello scambio di gas durante la respirazione, la fotosintesi e la traspirazione.Negli animali, l'osmosi influenza la distribuzione dei nutrienti e il rilascio di rifiuti metabolici. Nelle piante, l'osmosi è parzialmente responsabile dell'assorbimento dell'acqua del suolo e dell'elevazione del liquido alle foglie della pianta.
Gradiente di concentrazionePassa da un gradiente ad alta concentrazione a un gradiente a bassa concentrazioneSposta giù il gradiente di concentrazione
acquaNon ha bisogno di acqua per il movimentoHa bisogno di acqua per muoversi
EsempiProfumo o deodorante per ambienti in cui le molecole di gas si diffondono nell'aria diffondendo l'aroma.Movimento dell'acqua nelle cellule ciliate.

Processo di osmosi contro diffusione

Il processo di diffusione. Alcune particelle (rosse) vengono sciolte in un bicchiere d'acqua. Inizialmente, le particelle sono tutte vicine a un angolo del vetro. Quando tutte le particelle si muovono in modo casuale ("diffuse") nell'acqua, alla fine si distribuiscono in modo casuale e uniforme.

La diffusione si verifica quando il movimento netto spontaneo di particelle o molecole le diffonde da un'area ad alta concentrazione a un'area a bassa concentrazione attraverso una membrana semipermeabile. È semplicemente il risultato statistico del movimento casuale. Col passare del tempo, il gradiente differenziale delle concentrazioni tra alto e basso diminuirà (diventerà sempre più superficiale) fino a quando le concentrazioni non saranno equalizzate.

La diffusione aumenta l'entropia (casualità), diminuendo l'energia libera di Gibbs e quindi è un chiaro esempio di termodinamica. La diffusione opera all'interno dei confini della Seconda Legge della Termodinamica perché dimostra la tendenza della natura a "rilassarsi", a cercare uno stato di energia meno concentrata, come evidenziato dall'entropia crescente.

L'osmosi è il processo di diffusione dell'acqua attraverso una membrana semipermeabile. Le molecole d'acqua sono libere di passare attraverso la membrana cellulare in entrambe le direzioni, sia dentro che fuori, e quindi l'osmosi regola l'idratazione, l'afflusso di nutrienti e il deflusso di rifiuti, tra gli altri processi.

Osmosi in una cellula vegetale

Ad esempio, se il mezzo che circonda la cellula vegetale o animale ha una concentrazione d'acqua maggiore rispetto alla cellula, allora la cellula otterrà acqua per osmosi. Il risultato complessivo è che l'acqua entra nella cellula e la cellula rischia di idratarsi e gonfiarsi. Se il mezzo ha una concentrazione di acqua inferiore rispetto alla cellula, perderà l'acqua per osmosi poiché questa volta più acqua lascia la cellula che vi entra. Pertanto la cellula si ridurrà. Se la concentrazione di acqua nel mezzo è esattamente la stessa, la cella rimarrà della stessa dimensione mentre rimane quel bilancio di concentrazione. In ogni situazione, il movimento del solvente va dalla soluzione meno concentrata (ipotonica) a quella più concentrata (ipertonica), che tende a ridurre la differenza di concentrazione (equalizzazione).

Differenze nella funzione

Mentre l' osmosi influenza la distribuzione dei nutrienti e il rilascio di rifiuti metabolici negli animali; nelle piante, l'osmosi è parzialmente responsabile dell'assorbimento dell'acqua del suolo e dell'elevazione del liquido alle foglie della pianta.

La diffusione può avvenire attraverso una membrana cellulare e la membrana consente al passaggio di piccole molecole come acqua (H 2 O), ossigeno (O 2 ), anidride carbonica (CO 2 ) e altre. Quindi, mentre l'osmosi aiuta le piante ad assorbire acqua e altri liquidi, la diffusione aiuta altre molecole a passare e quindi entrambi facilitano il processo di fotosintesi. Entrambi i processi aiutano le piante a creare energia e altri nutrienti importanti.

Diversi tipi di osmosi e diffusione

Effetto osmotico di diverse soluzioni sulle cellule del sangue

I due tipi di osmosi sono:

  • Osmosi inversa : la pressione osmotica definisce in quale punto un gradiente differenziale tra il soluto alto e basso solleva l'osmosi. Nell'osmosi inversa, l'aumento della pressione volumetrica o atmosferica "spingerà" le particelle di soluto più alte oltre la membrana, superando il gap che può esistere quando la pressione osmotica non consentirà la diffusione attraverso la membrana. Questo processo viene spesso utilizzato per filtrare l'acqua delle impurità quando le loro concentrazioni sono troppo basse per l'osmosi regolare, ma è ancora necessaria un'acqua più pulita, come nelle operazioni di desalinizzazione e farmaceutica.
  • Osmosi diretta : a differenza dell'osmosi inversa, che va da concentrazioni da alte a basse, l'osmosi diretta forza le particelle a basso soluto a passare a un soluto più elevato - in sostanza, l'opposto del normale processo osmotico. Mentre l'osmosi inversa "spinge" le particelle, l'osmosi diretta "le attira", producendo acqua più pulita.

I tipi di diffusione sono:

  • Diffusione superficiale : vista dopo aver fatto cadere sostanze polverose sulla superficie di un liquido.
  • Moto browniano : il movimento casuale osservato al microscopio mentre le particelle saltano, scivolano e freccano all'interno di un liquido.
  • Diffusione collettiva : la diffusione di un gran numero di particelle all'interno di un liquido che rimangono intatte o interagiscono con altre particelle.
  • Osmosi : diffusione di acqua attraverso una membrana cellulare.
  • Effusione : accade quando un gas si disperde attraverso piccoli fori.
  • Diffusione di elettroni : il movimento di elettroni con conseguente corrente elettrica.
  • Diffusione facilitata : trasporto passivo spontaneo di ioni o molecole attraverso una membrana cellulare (diverso perché avviene al di fuori della fase attiva di osmosi o diffusione intracellulare).
  • Diffusione gassosa : utilizzata principalmente con esafluoruro di uranio per produrre uranio arricchito per reattori nucleari e armi.
  • Diffusione di Knudsen : una misura variabile dell'interattività delle particelle all'interno di un poro di membrana, correlata alla dimensione della particella e alla lunghezza e al diametro del poro.
  • Diffusione del momento : la diffusione del momento tra le particelle principalmente nei liquidi, influenzata dalla viscosità del liquido (maggiore viscosità = maggiore diffusione del momento).
  • Diffusione dei fotoni: movimento dei fotoni all'interno di un materiale, quindi dispersione mentre rimbalzano su diverse densità all'interno. Utilizzato nei test medici come imaging ottico diffuso.
  • Diffusione inversa : simile all'osmosi diretta, con bassa concentrazione che si sposta verso l'alto, ma si riferisce a una separazione di particelle, non solo all'acqua.
  • Auto-diffusione : un coefficiente che misura quanta diffusione avrà un tipo di particella quando il gradiente chimico è zero (neutro o bilanciato).

Articoli Correlati