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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
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 2
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.
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Diffusione
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 4
Diffusione di un gas nel vuoto
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 5
Diffusione di un gas nel vuoto
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 6
Diffusione di un gas in un altro gas
rappresentazione dell’aria
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 7
Diffusione di un gas in un altro gas
dopo un certo tempo
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 8
Diffusione di un gas in un liquido (acqua)
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Diffusione di un gas in un liquido (acqua)
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 10
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 11
Diffusione di
vuoto
gas
liquido
velocissima
meno veloce
più lenta
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 12
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
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 13
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
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 14
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
compartimento A compartimento B
particelle
particelle
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) …
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 15
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
compartimento A compartimento B
particelle
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
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 16
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]
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 17
Diffusione … del soluto
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
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 18
Diffusione … del soluto
soluto
soluzione A soluzione B
particelle di solvente particelle di 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 19
Diffusione … del soluto
soluzione A soluzione B
particelle di solvente particelle di soluto
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 20
Diffusione … del solvente!
soluzione A soluzione B
Nella soluzione A c’è meno acqua per unità di volume che
nella soluzione B …
particelle di solvente particelle di soluto
… in altre parole, la concentrazione del solvente in
B è maggiore di quella del solvente in A
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 21
Diffusione … del solvente!
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
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 22
Diffusione … del solvente!
solvente
soluzione A soluzione B
particelle di solvente particelle di soluto
solvente
solvente
si ha quindi un flusso netto di solvente dalla soluzione meno
concentrata a quella più concentrata …
…anche questo flusso
(netto) si chiama diffusione
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 23
Diffusione … del solvente!
soluzione A soluzione B
particelle di solvente particelle di soluto
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 24
Conclusione: sia il soluto che il solvente diffondono!
soluzione A soluzione B
particelle di solvente particelle di soluto
solvente
diffusione del solvente
soluto
diffusione del soluto
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 25
Conclusione: all’equilibrio!
soluzione A soluzione B
particelle di solvente particelle di soluto
soluto
soluto
solvente
solvente
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 26
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
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 27
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
675
μm
2.13
mm
2.62
mm
3.71
mm
2.5
cm14 cm
tempo
spazio percorso
I tempi di diffusione sono molto lunghi sulle grandi distanze, ma brevi per distanze dell’ordine delle dimensioni di una cellula.
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da H. CURTIS. Introduzione alla biologia. Zanichelli 1991
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 29
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 30
Osmosi
solvente
solvente
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
soluzione A soluzione B
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 31
Osmosi
solvente
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.
soluzione A soluzione B
solvente
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 32
Osmosi nelle cellule vegetali
soluzione del citoplasma
soluzione extracellulare
soluzione A soluzione B
parete cellulare(permeabile a solvente e
soluti)
turgore cellulare
membrana cellulare
solvente
solventesolvente
solvente
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 33
Turgore cellulare nei vegetali
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 34
Plasmolisi nelle cellule vegetali
turgore cellularesolvente
solvente
solvente
solvente
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 35
Solvente e soluto
per esempio molecole di acqua
= H2O
solvente
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 36
ARIARIA
Modello dell’aria
X 100 000 000
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 37
AZOTO N2
ca. 78%
OSSIGENO O2
ca. 21%
ACQUA H2O% variabile
BIOSSIDO DICARBONIO CO2
0.037%
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Link agli esercizi
esercizi e domande
LiLu2, TT/09 Diffusione e osmosi 39
Vacuolo contrattile paramecio