Lucrarea 2 Descrierea Fenomenelor de Difuzie Ci Osmozc2a6a

  • View
    34

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

p

Text of Lucrarea 2 Descrierea Fenomenelor de Difuzie Ci Osmozc2a6a

llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllLucrare de laborator:DIFUZIUNEA I OSMOZA

A. Studiul influenei unor factori fizici asupra ratei difuziunii A.1 Definirea i explicarea fenomenelor de agitaia termic, difuziune i osmoz A.2 Legile osmozei. Soluii false i soluii adevrate A.3 Osmolalitate i osmolaritate. Calculul presiunii osmotice A.4 Aplicaii medicaleB. Noiuni generale despre microscopia optic B1. Metode de msurare a dimensiunilor celulareC. Evaluarea cantitativ a fenomenului de osmoz C1. Osmoza la celulele vegetale C2. Osmoza la nivelul hematiei La nivelul membranelor naturale se petrec schimburi de substan fr de care celulele vii nu ar putea supravieui. Acestea implic fenomene de transport ale solventului sau/i ale solvenilor intra i extracelulari. Lucrarea prezentat v permite s punei n eviden fenomenul de transport membranar al solventului, osmoza, n cazul celulelor vegetale i animale. Microscopul optic este utilizat pentru a observa i msura variaiile dimensiunilor celulare

A. Studiul influenei unor factori fizici asupra ratei difuziunii

Definiii: Soluie = Lichid mixt omogen, ce conine dou sau mai multe substane Solvent = Agentul de dizolvare a unei soluii. Apa este cel mai versatil solvent cunoscut. Solvit = Substana ce se dizolv ntr-o soluieA.1 Definirea i explicarea fenomenelor de agitaia termic, difuziune i osmoz

Difuzie:Datorit energiei lor cinetice, moleculele unui fluid se gsesc intr-o continu micare, numit agitaie termic; aceasta nceteaz doar la temperatura de zero absolut.Difuzia este fenomenul de ptrundere a moleculelor unei substane (lichide sau gazoase) printre moleculele altei substane (lichide, gazoase sau solide). Difuzia se produce ca urmare a tendinei fluidelor de a ocupa ntreg volumul aflat la dispoziie, datorit agitaiei termice. Acest proces conduce la egalizarea diferenelor de concentraie, presiune sau temperatur, fiind o expresie a tendinei naturale a sistemelor de a tinde spre starea de echilibru. Fenomenul de difuzie este caracterizat de dou legi, cunoscute sub numele de legile Fick. n cazul difuziunii, prezena unei membrane prin porii creia s se realizeze fenomenul este facultativ.Fig 1 Difuzia [www.williamsclass.com/SeventhScienceWork/ImagesCellBricks/Diffusion]Difuziunea prin intermediul unei membrane este guvernat de prima lege a lui Fick:

Unde fluxul moleculelor transportate pasiv (moli/s) n sensul gradientului de concentraie dc/dx, printr-o suprafa S a membranei. Constanta de proporionalitate, D, poart numele de coeficient de difuziune. Semnul minus sugereaz c difuziunea are loc ntotdeauna de la zonele de concentraie mare spre zonele de concentraie mai mic.Coeficientul de difuzie depinde de natura substanei, de temperatur i de forma i dimensiunea particulelor ce difuzeaz. Pentru particule sferice de mici dimensiuni, coeficientul de difuzie se scrie sub forma:

unde T este temperatura absolut, k este constanta lui Boltzmann, este vscozitatea i r este raza particulelor.Fenomenul de difuzie st la baza a numeroase schimburi de substan care au loc n natur ntre organisme sau n interiorul unui organism. n toate aceste cazuri ns, substanele care difuzeaz nu sunt n contact direct, ci sunt desprite printr-o membran. Aceast membran poate fi permeabil n mod diferit pentru substane diferite, caz n care se numete selectiv permeabil. Un caz important este acela al membranelor care sunt permeabile pentru solventul unei soluii, dar nu sunt permeabile pentru solvit, numite membrane semipermeabile.

Osmoz:Fenomenul de difuzie selectiv care are loc n cazul a dou soluii de concentraii diferite, desprite printr-o membran semipermeabil, poart numele de osmoz. Efectul osmozei este egalizarea concentraiilor celor dou soluii, atta timp ct osmoza nu este mpiedicat de alte cauze externe. n cazul unei membrane strict semipermeabile, osmoza este singurul fenomen de transport transmembranar. Fig. 2 Membrana celular [www.philadelphia.edu.jo/courses/biology/diffusion.ppt]Pentru o membran permeabil sau selectiv permeabil fenomenele de osmoz i de dializ au loc concomitent, n sensuri opuse.Difuziunea solventului (apa n sistemele vii) are loc din compartimentul n care soluia este mai diluat (numr de molecule ale solventului mare, molecule de solvit puine) nspre compartimentul n care soluia este mai concentrat, are un numr mai mic de molecule ale solventului i un numr mai mare de molecule de solvit, dilund-o. Datorit procesului de egalizare a concentraiei prin difuzia solventului, osmoza red tendina general pe care o are sistemul de a-i mri entropia. Fig 3.1 Osmoza n cazul unei membrane strict permeabile. Soluii hipotonice i hipertoniceMecanismele osmozeiExplicarea molecular-cinetic a fenomenului este urmtoarea: trebuie s vedei soluia ca fiind un amestec de dou substane, ap (solvent) i solvit (sau solvii), ambele formate din molecule, dar de dimensiuni diferite; moleculele solventului vor fi ntotdeauna mai mici dect cele ale solvitului. n acest fel va fi mai evident pentru dumneavoastr faptul c ambele specii moleculare se supun acelorai legi, nici una nefiind privilegiat. De exemplu, ntr-o soluie de sare (NaCl) n ap, solventul este reprezentat de moleculele de ap, iar solvitul este reprezentat de particule de i de .S considerm dou compartimente separate de o membran strict semipermeabil i s ne reprezentm situaia printr-o schem simpl (fig.1). Molecula de solvent, fiind sufucient de mic, poate trece prin membran, pe cnd molecula de solvit nu. Numrul moleculelor de ap ce ajung n unitatea de timp la membrana semipermeabil este mai mic n compartimentul II dect n compartimentul I, ca urmare a concentraiei sczute a apei n II. n intervalul de timp n care din I trec n II trei molecule de ap, din II n I trece doar o molecul de ap.

IIIFFig. 3.2 Osmoza Mb. Semipermeabil

= molecul de ap = molecul de solvitI= compartiment cu solvent purII= compartiment cu soluieF= flux net de solvent

Acest fenomen apare numai n condiiile existenei membranei. Solventul difuzeaz prin membran n cele dou sensuri, dar viteza de trecere a solventului pur spre soluie este mai mare dect trecerea n sens contrar. Aceast diferen de flux este singura responsabil de fenomenul de osmoz.Fluxul net rezultant face ca nivelul lichidului din II s creasc, dezvoltndu-se n acest compartiment o presiune; n momentul n care aceast presiune; va fi echilibrat de presiunea hidrostatic ascensiunea n II se oprete.Dac s-ar exercita o presiune static asupra soluiei din compartimentul II, numrul moleculelor de solvent care ar ajunge n unitatea de timp la faa membranei dinspre acest vas ar crete. Cnd numrul acestora egaleaz numrul moleculelor de solvent ce ajung n unitatea de timp la membran n vasul I, se stabilete un echilibru dinamic ntre cele dou compartimente. Aceast presiune ar reprezenta presiunea osmotic a soluiei din I.Presiunea osmotic (), este presiunea ce ar trebui exercitat asupra soluiei pentru a aduce n echilibru cu solvent pur, separat de ea printr-o membran semipermeabil, adic pentru a mpiedica orice flux de solvent ntre cele dou compartimente. n exemplul menionat anterior:

Valoarea numeric a presiunii osmotice a unei soluii poate fi msurat experimental prin diverse tehnici. De asemenea, ea poate fi calculat teoretic n cazul soluiilor pentru care poate fi aplicat un model asemntor celui al gazelor ideale.

A.2 Legile osmozei. Soluii false i soluii adevrateBotanistul Pfeffer, cu ajutorul osmometrului care i poart numele a stabilit urmtoarea lege cantitativ a osmozei, pentru soluii diluate:

unde,k= constantC= concentraia ponderal a soluiei (g/l)M= masa molar a solvituluiT= temperatura absolutDac notm cu n numrul de moli dizolvai n volumul de soluie V, vom avea:

m reprezint concentraia molar (numr de moli/ unitate de volum)Dac nlocuim n relaia iniial, obinem:

Unde: = presiunea osmotic a soluieiV= volumul soluiein= numrul de moli de substan dizolvatR= constanta universal a gazelorT= temperatura absolutEa este, pentru soluiile foarte diluate, identic cu legea gazelor perfecte.Se numete presiune osmotic presiunea care se exercit asupra unei soluii pentru a o menine n echilibru cu solventul, separat de ea printr-o membran semipermeabil.Legile osmozei Legea concentraiilor: la temperatur constant, presiunea osmotic este proporional cu concentraia molar a corpului dizolvat: ~ C Legea temperaturii: pentru o soluie dat, presiunea osmotic crete proporional cu coeficientul (1+), valoarea lui fiind aceeai ca la gaze, iar t fiind temepratura (lege valabil pn n ): ~ (1+) Legea lui Vant Hoff: este independent de natura solventului i de substana dizolvant, ea nu depinde dect de numrul particule prezente n volumul ocupat de soluie: * V=n * R* T Legea amestecurilor: a unei soluii n care faza dispersat este alctuit din substane diferite este egal cu suma presiunilor osmotice determinat de fiecare substan n parte.

Soluii izo-, hipo-, hipertone:Se impun cteva definiii: dou soluii A i B care au aceeai presiune osmotic, deci ntre ele nu ar exista flux de solvent n prezena unei membrane semipermeabile, se numesc izoosmotice (izo=egal). Dac A are mai mare dect B spunem c A este hiperosmotic fa de B iar B este hipoosmotic fa de A. n mod asemntor, expresia membran semipermeabil se refer la un anumit solvent; dac acesta nu este precizat, se subnelege c este vorba despre ap.Termenii hipoton i hiperton sunt folosii prin raportare la plasma sanguin, la temperatura organismului (izoton =izoosmetic cu plasma, hipoton= hipoosmetic fa de plasm, hiperton= hiperosmotic fa de plasm).

Soluii false i soluii adevrate:Legile osmozei nu se aplic riguros la toate categoriile de soluii. Pentru soluiile concentrate presiunea osmotic m