La diffusione e l’osmosi sono entrambi processi di trasporto passivo, il che significa che non richiedono input di energia per spostare le sostanze. Entrambi i processi sono essenziali per il corretto funzionamento dei processi biologici come il trasporto di acqua o nutrienti tra le cellule.
La differenza principale tra i due è che la diffusione può avvenire in qualsiasi miscela, anche quando due le soluzioni non sono separate da una membrana semipermeabile, mentre l’osmosi avviene esclusivamente attraverso una membrana semipermeabile.
In realtà ci sono tre tipi di processi di trasporto passivo. Oltre alla diffusione e all’osmosi, esistono anche diffusione facilitata. Mentre la diffusione e l’osmosi non coinvolgono le proteine durante il trasporto delle sostanze, la diffusione facilitata necessita dell’assistenza delle proteine.
Cos’è la diffusione?
La diffusione è il movimento passivo di molecole da un’area ad alta concentrazione delle molecole a un’area con una concentrazione inferiore. All’interno delle cellule, la diffusione è il trasporto di piccole molecole attraverso la membrana cellulare.
Le molecole sono sempre in movimento. La temperatura, una qualità fisica a cui le persone fanno comunemente riferimento nella loro vita quotidiana, è direttamente correlata al movimento molecolare. È una misura dell’energia cinetica media delle molecole in un materiale. L’energia delle molecole provoca un movimento casuale che a sua volta innesca la diffusione. Le collisioni tra molecole sono comuni: anche nell’aria alla pressione atmosferica, una molecola collide con un vicino ogni pochi nanosecondi.
In tutto il pianeta, l’aria all’interno dell’atmosfera ha la stessa composizione ed è composta da azoto (78%), ossigeno (circa 21%), argon (quasi 1 %) e altri gas come la CO2 che sono presenti in quantità minime (ma comunque sufficienti per riscaldare il pianeta a un ritmo accelerato).
La diffusione rende uniforme la composizione dell’aria ridistribuendo le specie chimiche, come l’ossigeno nel aria, fino al raggiungimento dell’equilibrio: cioè fino all’eliminazione del gradiente di concentrazione – la differenza di concentrazione tra due aree -. Se la concentrazione di una specie non è inizialmente uniforme, nel tempo la diffusione provocherà un trasferimento di massa a favore di una concentrazione più uniforme.
Una volta in equilibrio, il movimento delle molecole non si ferma perché la loro energia cinetica è la stessa . Ora c’è un uguale movimento di specie chimiche in entrambe le direzioni.
I fattori che influenzano la diffusione sono:
- gradiente di concentrazione;
- temperatura;
- la distanza che le particelle devono percorrere.
Diamo un’occhiata ad alcuni esempi di diffusione in azione. Spruzzare il profumo in una stanza renderà l’odore gradevole per un po ‘, ma nel tempo la diffusione distribuirà le molecole dell’odore fino a quando la loro concentrazione sarà impercettibile al naso umano. Far cadere il colorante alimentare in una tazza d’acqua, che cambierà il colore dell’intero solvente (acqua), è un altro ottimo esempio di diffusione
La diffusione è un processo diffuso e importante per sistemi viventi e non viventi. Per entrare e uscire da una cellula, sostanze come l’acqua o le sostanze nutritive devono passare attraverso la membrana semipermeabile. La diffusione è uno dei processi che lo consentono. Una membrana semipermeabile o selettivamente permeabile è una membrana che consente ad alcune sostanze di passare facilmente mentre altre sostanze viaggiano molto lentamente o per niente.
Poiché la diffusione avviene in una varietà di condizioni, gli scienziati classificano diversi tipi di diffusione.
- La diffusione semplice è il tipo più comune di diffusione, in cui le sostanze vengono trasportate senza l’aiuto di proteine.
- La diffusione facilitata richiede proteine di trasporto per diffondere le sostanze attraverso le cellule membrana.
- La dialisi è la diffusione di soluti attraverso una membrana selettivamente permeabile.
- L’osmosi è solitamente definita come la diffusione dell’acqua, il solvente di scelta in tutti i sistemi viventi, attraverso un membrana permeabile.
Cos’è l’osmosi
L’osmosi, un tipo di diffusione, rappresenta il movimento dell’acqua attraverso una membrana parzialmente permeabile, da un’area ad alta concentrazione di acqua a un’area di bassa concentrazione di acqua.
L’osmosi avviene in tutte le cellule. Ad esempio, quando vengono immersi in acqua, i globuli rossi lasceranno l’acqua strisciare attraverso la loro membrana. Quando viene posto in una soluzione concentrata di zucchero, il globulo rosso in realtà si restringe perché l’acqua si sposta per osmosi verso l’area di minore concentrazione d’acqua. Questo è il motivo per cui le cellule appaiono rugose se viste al microscopio. Fortunatamente, questo non accade mai all’interno del corpo perché i reni si assicurano che la concentrazione del sangue rimanga all’incirca uguale alla concentrazione della soluzione all’interno del globulo rosso.
A differenza dei globuli rossi, le cellule vegetali hanno un parete cellulare molto più forte e più rigida all’esterno della membrana cellulare. Ciò consente alle cellule vegetali di assorbire più acqua per osmosi senza scoppiare. Senza l’osmosi, le piante non sarebbero in grado di assorbire l’acqua dal suolo. Man mano che viene assorbita più acqua, la cellula stessa diventa rigida a causa della pressione – questo è molto utile poiché le piante non hanno scheletri. Se le cellule vegetali perdono troppa acqua per osmosi, diventano meno rigide e alla fine la membrana cellulare si ritira dalla parete cellulare.
Quando l’osmosi viene utilizzata per equalizzare le concentrazioni su entrambi i lati della membrana, esercita una forza chiamata pressione osmotica. Ad esempio, immagina due scomparti in un serbatoio separati da una membrana semipermeabile che consente il passaggio solo delle molecole d’acqua. Uno scomparto è riempito con una soluzione salina, mentre l’altro scomparto adiacente è una soluzione di acqua pura. L’unico modo in cui è possibile raggiungere l’equilibrio è trasportare l’acqua dal compartimento dell’acqua pura a quello dell’acqua salata. In tal modo, l’osmosi aumenta il livello del liquido nel compartimento dell’acqua salata fino a quando una pressione sufficiente causata dalla differenza di livelli tra i due comparti interrompe i processi. La pressione necessaria per raggiungere questo equilibrio è chiamata pressione osmotica.
Esiste anche qualcosa come l’osmosi inversa, che è letteralmente il processo inverso dell’osmosi, in cui il solvente filtra dall’alto concentrato nel soluzione concentrata inferiore. In altre parole, invece di cercare un equilibrio uguale di solvente e soluto in entrambe le soluzioni, l’osmosi inversa separa il soluto dal solvente.
L’osmosi inversa è molto utile per applicazioni come la desalinizzazione dell’acqua (rimozione del sale dall’acqua di mare) . In tutto il mondo, ora ci sono oltre 13.000 impianti di desalinizzazione nel mondo. Nell’osmosi inversa, stiamo (letteralmente) invertendo il processo facendo filtrare il nostro solvente dal nostro alto concentrato e nella soluzione di concentrato inferiore, quindi invece di creare un equilibrio uguale di solvente e soluto in entrambe le soluzioni, sta separando il soluto dal solvente.