Difuzia și osmoza sunt ambele procese de transport pasiv, ceea ce înseamnă că nu necesită intrare de energie în Ambele procese sunt esențiale pentru buna funcționare a proceselor biologice, cum ar fi transportul de apă sau substanțe nutritive între celule.
Principala diferență dintre cele două este că difuzia poate avea loc în orice amestec, chiar și atunci când două soluțiile nu sunt separate de o membrană semipermeabilă, în timp ce osmoza apare exclusiv pe o membrană semipermeabilă.
Există, de fapt, trei tipuri de procese de transport pasiv. Pe lângă difuzie și osmoză, există și difuzarea facilitată. În timp ce difuzia și osmoza nu implică proteine atunci când transportă substanțe, difuzarea facilitată are nevoie de ajutorul proteinelor.
Ce este difuzia?
Difuzia este mișcarea pasivă a moleculelor dintr-o zonă cu concentrație ridicată a moleculelor într-o zonă cu o concentrație mai mică. În interiorul celulelor, difuzia este transportul de molecule mici prin membrana celulară.
Moleculele sunt întotdeauna în mișcare. Temperatura, o calitate fizică de referință a oamenilor în viața de zi cu zi, este direct legată de mișcarea moleculară. Este o măsură a energiei cinetice medii a moleculelor dintr-un material. Energia moleculelor provoacă mișcare aleatorie care la rândul său declanșează difuzia. Coliziunile dintre molecule sunt frecvente: chiar și în aer la presiunea atmosferică, o moleculă se ciocnește cu un vecin la fiecare câteva nanosecunde.
Pe toată planeta, aerul din interiorul atmosferei are aceeași compoziție și este compus din azot (78%), oxigen (aproximativ 21%), argon (aproape 1 %) și alte gaze precum CO2, care sunt prezente în cantități mici (dar încă suficiente pentru a încălzi planeta cu o viteză accelerată).
Difuzarea uniformizează compoziția aerului prin redistribuirea speciilor chimice, cum ar fi oxigenul din aer, până la atingerea echilibrului: cu alte cuvinte, până când gradientul de concentrație – diferența de concentrație între două zone – a fost eliminat. Dacă concentrația unei specii nu este inițial uniformă, difuzarea în timp va provoca un transfer de masă în favoarea unei concentrații mai uniforme.
Odată ajuns în echilibru, mișcarea moleculelor nu se oprește deoarece energia lor cinetică este aceeași . Acum există o mișcare egală a speciilor chimice în ambele direcții.
Factorii care afectează difuzia sunt:
- gradientul de concentrație;
- temperatura;
- trebuie să parcurgă particulele la distanță.
Să vedem câteva exemple de difuzie în acțiune. Pulverizarea parfumului într-o cameră îl va face să miroasă frumos pentru o vreme, dar în timp difuzia va distribui moleculele de miros până când concentrația lor este imperceptibilă pentru nasul uman. Aruncarea colorantului alimentar într-o ceașcă de apă, care va schimba culoarea întregului solvent (apă), este un alt exemplu excelent de difuzie
Difuzarea este un proces larg răspândit și important pentru atât sistemele nevii, cât și cele vii. Pentru a intra și ieși dintr-o celulă, substanțe precum apa sau nutrienții trebuie să treacă prin membrana semipermeabilă. Difuzarea este unul dintre procesele care permit acest lucru. O membrană semipermeabilă sau permeabilă selectiv este o membrană care permite unor substanțe să treacă ușor, în timp ce alte substanțe călătoresc foarte lent sau deloc.
Deoarece difuzia are loc într-o varietate de condiții, oamenii de știință clasifică mai multe tipuri de difuzare.
- Difuzia simplă este cel mai frecvent tip de difuzie, în care substanțele sunt transportate fără ajutorul proteinelor.
- Difuzarea facilitată necesită proteine de transport pentru a difuza substanțele peste celula membrana.
- Dializa este difuzia de substanțe dizolvate pe o membrană permeabilă selectiv.
- Osmoza este de obicei definită ca difuzia apei, solventul ales în toate sistemele vii, într-o zonă selectivă. membrana permeabilă.
Ce este osmoza
Osmoza, un tip de difuzie, reprezintă mișcarea apei pe o membrană parțial permeabilă, dintr-o zonă cu concentrație mare de apă într-o zonă cu concentrație scăzută de apă.
Osmoza are loc în toate celulele. De exemplu, atunci când sunt plasate în apă, celulele roșii din sânge vor lăsa apa să se strecoare prin membrana lor. Când este plasată într-o soluție concentrată de zahăr, celulele roșii din sânge se micșorează, deoarece apa se deplasează prin osmoză către zona cu concentrație mai mică de apă. Acesta este motivul pentru care celulele apar ridate atunci când sunt privite la microscop. Din fericire, acest lucru nu se întâmplă niciodată în interiorul corpului, deoarece rinichii se asigură că concentrația sângelui rămâne aproximativ aceeași cu concentrația soluției din celulele roșii din sânge.
Spre deosebire de celulele roșii din sânge, celulele vegetale au o peretele celular mult mai puternic și mai rigid la exteriorul membranei celulare. Acest lucru permite celulelor vegetale să absoarbă mai multă apă prin osmoză, fără a exploda. Fără osmoză, plantele nu ar putea absorbi apa din sol. Pe măsură ce se absoarbe mai multă apă, celula însăși devine rigidă din cauza presiunii – acest lucru este foarte util deoarece plantele nu au schelete. Dacă celulele vegetale pierd prea multă apă prin osmoză, ele devin mai puțin rigide și, în cele din urmă, membrana celulară se micșorează de peretele celular.
Când osmoza este utilizată pentru a egaliza concentrațiile de pe ambele părți ale membranei, aceasta exercită o forță numită presiune osmotică. De exemplu, imaginați două compartimente într-un rezervor separate printr-o membrană semipermeabilă care permite doar trecerea moleculelor de apă. Un compartiment este umplut cu o soluție de sare, în timp ce celălalt compartiment adiacent este o soluție de apă pură. Singurul mod în care se poate ajunge la echilibru este prin transportarea apei din compartimentul pentru apă pură în compartimentul pentru apă sărată. Procedând astfel, osmoza ridică nivelul lichidului din compartimentul de apă sărată până când o presiune suficientă cauzată de diferența de nivel dintre cele două compartimente oprește procesele. Presiunea necesară pentru a atinge acest echilibru se numește presiune osmotică.
Există, de asemenea, un lucru cum ar fi osmoza inversă, care este literalmente procesul invers al osmozei, unde solventul se filtrează din concentratul ridicat în soluție de concentrat inferior. Cu alte cuvinte, în loc să caute un echilibru egal de solvent și solut în ambele soluții, osmoza inversă separă solutul de solvent.
Osmoza inversă este foarte utilă pentru aplicații precum desalinizarea apei (îndepărtarea sării din apa de mare) . La nivel mondial, există acum peste 13.000 de plante de desalinizare în lume. În osmoza inversă, inversăm (literalmente) procesul făcând filtrul nostru de solvent din concentratul nostru ridicat și în soluția de concentrat inferior, deci în loc să creăm un echilibru egal de solvent și solut în ambele soluții, separă solutul din solvent.