驴Qu茅 es un gradiente de concentraci贸n? Definici贸n

La definici贸n formal de un gradiente de concentraci贸n es el proceso de part铆culas, que a veces se denominan solutos, que se mueven a trav茅s de una soluci贸n o gas desde un 谩rea con un n煤mero mayor de part铆culas a un 谩rea con un n煤mero menor de part铆culas. Las 谩reas suelen estar separadas por una membrana. Esta membrana puede ser permeable, semipermeable o no permeable. Permeable se define como una membrana que puede ser atravesada por part铆culas, iones o agua. Semipermeable significa que algunas part铆culas, iones o agua pueden atravesar la membrana. Finalmente, una membrana no permeable significa que ninguna part铆cula, iones o agua pueden atravesar la membrana.

Un ejemplo que podr铆a ayudarlo a comprender los diferentes tipos de membranas ser铆an los diferentes tipos de vallas. Una cerca de troncos de madera permitir铆a el paso de muchas cosas; este ser铆a un ejemplo de membrana permeable. Una cerca de tela met谩lica permitir铆a que algunos elementos peque帽os pasen a trav茅s de ella; esto ser铆a como una membrana semipermeable. Una cerca de pl谩stico s贸lido no permitir铆a que los art铆culos pasen a trav茅s de ella en absoluto; esto representar铆a una membrana no permeable.

Gradiente de concentraci贸n Gradiente de concentraci贸n

Índice de contenidos

La funci贸n de los gradientes de concentraci贸n.

Los gradientes de concentraci贸n son una consecuencia natural de las leyes de la f铆sica. Sin embargo, los seres vivos han encontrado muchas formas de utilizar sus propiedades para realizar importantes funciones vitales. Los organismos que necesitan mover una sustancia dentro o fuera de sus c茅lulas, por ejemplo, pueden usar el movimiento de una sustancia hacia abajo en su gradiente de concentraci贸n para transportar otra sustancia en t谩ndem.

Los organismos tambi茅n pueden usar gradientes de concentraci贸n para lograr cambios o movimientos repentinos al liberar altas concentraciones de soluto para moverse a 谩reas de baja concentraci贸n. Las neuronas son un ejemplo de c茅lulas que utilizan altas concentraciones de solutos para lograr cambios r谩pidos.

Ejemplos cotidianos de gradiente de concentraci贸n

La concentraci贸n de mol茅culas arom谩ticas es mayor en las 谩reas de la piel a las que se les ha aplicado directamente perfume o loci贸n para despu茅s del afeitado. Otros pueden oler el aroma porque algunas de esas mol茅culas siempre se alejan de la persona perfumada, la fuente, hacia el aire, descendiendo por el gradiente de concentraci贸n, de una concentraci贸n alta a una concentraci贸n m谩s baja. Con el tiempo, las mol茅culas arom谩ticas est谩n tan dispersas que ya no pueden detectarse.

Piense en el olor desagradable del hedor a zorrillo, cuando un zorrillo ha rociado o ha sido atropellado por un veh铆culo. A medida que una persona se acerca a la fuente del hedor a zorrillo, el olor se vuelve m谩s fuerte, porque las “mol茅culas del hedor” est谩n m谩s concentradas cerca de la fuente.

Ejemplos cotidianos de gradiente de concentraci贸nEjemplos cotidianos de gradiente de concentraci贸n

Las mol茅culas no solo viajan por el aire, sino tambi茅n a trav茅s de otros medios. Cuando una persona pone crema en su caf茅, las mol茅culas de crema eventualmente rebotan en la taza, descendiendo por el gradiente de concentraci贸n hasta que se distribuyen uniformemente. Sin embargo, la mayor铆a de los bebedores de caf茅 no esperan a que esto suceda. Introducen energ铆a adicional al remover el caf茅 y acelerar el proceso.

Concentraci贸n Gradiente Definici贸n Biolog铆a

En biolog铆a celular, la difusi贸n es una forma principal de transporte de materiales necesarios, como los amino谩cidos, dentro de las c茅lulas.[1] La difusi贸n de disolventes, como el agua, a trav茅s de una membrana semipermeable, se clasifica como 贸smosis.

El metabolismo y la respiraci贸n dependen en parte de la difusi贸n adem谩s de los procesos activos o en masa. Por ejemplo, en los alv茅olos de los pulmones de los mam铆feros, debido a las diferencias en las presiones parciales a trav茅s de la membrana alveolar-capilar, el ox铆geno se difunde en la sangre y el di贸xido de carbono se difunde hacia afuera. Los pulmones contienen una gran superficie para facilitar este proceso de intercambio de gases.

驴Qu茅 tiene que ver un gradiente de concentraci贸n con un paseo aleatorio?

驴Recuerdas la caminata aleatoria sesgada? Bueno, siempre hay una raz贸n para el sesgo. Las bacterias pueden sesgar sus caminatas en funci贸n del gradiente de concentraci贸n de una sustancia qu铆mica en particular. Entonces, aunque cada paso es en una direcci贸n aleatoria, la duraci贸n del paso es m谩s larga si la bacteria se mueve hacia una concentraci贸n m谩s alta que si la bacteria se mueve hacia una concentraci贸n m谩s baja.

Veamos nuevamente el video de caminata aleatoria sesgada, esta vez con el gradiente de concentraci贸n en el fondo. 隆Ahora puedes ver la raz贸n del sesgo en la caminata!

驴C贸mo pueden las bacterias saber si se est谩n moviendo hacia una concentraci贸n mayor o menor?

Cuando una bacteria est谩 buscando una se帽al qu铆mica en particular, detecta esta sustancia qu铆mica a medida que avanza en su camino. Si se mueve hacia arriba en el gradiente de concentraci贸n, comenzar谩 a detectar las mol茅culas qu铆micas con mayor frecuencia. Si se mueve hacia abajo en el gradiente de concentraci贸n, comenzar谩 a detectar las mol茅culas qu铆micas cada vez con menos frecuencia. En 煤ltima instancia, esto determina la direcci贸n y la fuerza del sesgo en su caminata aleatoria.

Sistema de no equilibrio

Debido a que la difusi贸n qu铆mica es un proceso de transporte neto, el sistema en el que tiene lugar no es un sistema de equilibrio (es decir, a煤n no est谩 en reposo). Muchos resultados de la termodin谩mica cl谩sica no se aplican f谩cilmente a sistemas que no est谩n en equilibrio. Sin embargo, a veces ocurren los llamados estados cuasi-estacionarios, donde el proceso de difusi贸n no cambia en el tiempo, donde los resultados cl谩sicos pueden aplicarse localmente. Como sugiere el nombre, este proceso no es un verdadero equilibrio ya que el sistema a煤n est谩 evolucionando.

Los sistemas de fluidos que no est谩n en equilibrio se pueden modelar con 茅xito con la hidrodin谩mica fluctuante de Landau-Lifshitz. En este marco te贸rico, la difusi贸n se debe a fluctuaciones cuyas dimensiones van desde la escala molecular hasta la escala macrosc贸pica.

Difusi贸n qu铆mica aumenta la entrop铆a de un sistema, es decir, la difusi贸n es un proceso espont谩neo e irreversible. Las part铆culas pueden esparcirse por difusi贸n, pero no se reordenar谩n espont谩neamente (ausencia de cambios en el sistema, asumiendo que no se crean nuevos enlaces qu铆micos y ausencia de fuerzas externas que act煤en sobre la part铆cula).

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