Tensione superficiale
• Proprietà caratteristica dei liquidi che si manifesta lungo le superfici
di separazione
• Dipende dalle forze di coesione molecolare che sulla superficie del
liquido hanno risultante rivolta verso il suo interno
• Il liquido si comporta come se fosse racchiuso da una membrana
elastica che gli permette di variare la forma mantenendo minima la
superficie esterna
Es. La forma sferica delle gocce
Es. Bolle di sapone
• Il fenomeno della capillarità è dovuto alla tensione superficiale
• Lo studio della T.S. è molto importante per lo sviluppo di sostanze
tensioattive che hanno lo scopo di diminuire la tensione superficiale
ad esempio dell’acqua aumentandone il potere bagnante e le
proprietà schiumogene, detergenti, emulsionanti e di penetrazione
in materiali porosi
Diffusione
• Fenomeno che consiste nel trasporto di materia tra due punti
di un sistema nei quali i componenti siano presenti in
concentrazioni diverse
• Ha come effetto quello di rendere uniforme la concentrazione
di una sostanza
• È regolata dalla seguente relazione
CA
N Ax D
x
Che esprime il fatto che le molecole di una sostanza A si
diffondono nella direzione x proporzionalmente ad un
coefficiente di diffusione caratteristico della sostanza ed alla
diminuzione di concentrazione della sostanza nella stessa
direzione
• È importante nell’assorbimento di gas o liquidi, nella
distillazione e nell’evaporazione
Filtrazione
• È una operazione meccanica che tende a separare le
particelle solide che si trovano in sospensione in un
fluido (liquido o gas) dal fluido stesso
• Usualmente viene realizzata ricorrendo a mezzi porosi
che trattengono il solido ma non il fluido
• In laboratorio si realizza tramite carte da filtro o setti
filtranti con diametro dei pori più piccolo di quello della
sostanza da separare.
• Il diametro dei pori non deve essere troppo piccolo
altrimenti il filtro si intasa
Membrana semipermeabile
• Sottile strato di sostanze naturali od artificiali che
permette il passaggio di soli cationi e non degli
anioni o viceversa, oppure del solo solvente e
non del soluto
• Membrane naturali sono le vesciche di animali o
sottili bucce di alcuni frutti
• Membrane artificiali possono essere costituite da
ferrocianuro di rame Cu 2 FeCN 6 o
dispersioni di resine in cellulosa o di stirene
solfonato in polietilene
Osmosi
Fenomeno di diffusione selettiva attraverso una
membrana semipermeabile
Acqua e zucchero
Si alza il livello dell’acqua
e zucchero perché entra
acqua cercando di
equilibrare la pressione
dell’acqua nei due liquidi
acqua
Lo zucchero (saccarosioC12 H 22O11 )
non passa attraverso i pori della
pergamena, al contrario dell’acqua
pergamena, permeabile
all’acqua ma impermeabile allo
zucchero
Pressione osmotica
della soluzione
È la pressione che si sarebbe dovuto esercitare sulla soluzione per
impedire l’osmosi. La pressione osmotica tende a far diventare uguali le
pressioni dell’acqua (solvente) all’interno ed all’esterno della membrana:
di conseguenza la pressione osmotica finale è la pressione dovuta alle
molecole del solo zucchero (soluto).
Le osservazioni sperimentali hanno rivelato che un soluto si comporta
come un gas perfetto e che la pressione osmotica nasce dal
bombardamento delle pareti del contenitore da parte delle molecole di
soluto. La legge che esprime la pressione osmotica in funzione del
volume della soluzione, della temperatura assoluta e del numero n di
moli del soluto è
V n RT
Dove R è la costante universale dei gas perfetti:
J
R 8,31
mol K
Se la membrana è permeabile sia al solvente che al soluto
l’osmosi avviene in entrambe le direzioni fintanto che si equilibra
la concentrazione della soluzione ai due lati della membrana.
L'osmosi ha una grandissima importanza in molti processi
fisiologici del nostro organismo, riguardanti specialmente la
diffusione del sangue e della linfa, la formazione dell'urina,
l'assorbimento degli alimenti da parte degli intestini, ecc.
Se poniamo dei globuli rossi del sangue in acqua, essi si
gonfieranno perché la loro membrana esterna permette all'acqua
di entrare per diluire il liquido intracellulare. Come risultato le
cellule si gonfieranno fino a scoppiare. Se le stesse cellule
fossero poste in acqua molto salata (o molto zuccherata),
l'acqua all'interno dei globuli rossi se ne uscirebbe fuori ed essi
avvizzirebbero restringendosi.
L’osmosi è di fondamentale importanza per i processi
biologici perché tutte le cellule viventi sono circondate da
membrane semipermeabili. Questo fatto consente la
diffusione selettiva delle molecole di cui la cellula ha
bisogno per il proprio nutrimento. Spiega anche altri
fenomeni in campo medico, come :
a) i purganti
• per i purganti le pareti intestinali sono impermeabili,
richiamano acqua dall’organismo verso l’intestino per
compensare la pressione osmotica creata dalla loro
ingestione.
b) la Sete:
• aumento della concentrazione di sali nel plasma dovuto
alla perdita d’acqua individuato da particolari recettori
cerebrali (osmocettori, sensibili alla pressione osmotica)
• Perché l’acqua salata non disseta? Dopo averla bevuta i
reni, per far diminuire l’elevata pressione osmotica
dovuta al sale ingerito richiamano acqua dai tessuti
lasciando l’organismo ancora in preda alla sete.
• È fondamentale reidratarsi (ad esempio dopo attività
sportiva) con bevande aventi una pressione osmotica
analoga a quella del plasma (isotoniche) o addirittura con
bevande ipotoniche che favoriscono una rapida
idratazione
Osmosi inversa
Esercitando una pressione sulla soluzione concentrata
vincendo la pressione osmotica è possibile ottenere il
processo inverso (spendendo energia)
Esempio: potabilizzatori
Osmosi biologica
• Trova numerose applicazioni nell’organismo animando la vita
delle cellule attraverso la cui membrana si svolge un intenso
traffico: molecole di acqua, gas, rifiuti, numerosi ioni danno
vita ad un incessante e selezionato scambio tra le cellule ed il
liquido che le circonda.
• Esempio di processo tipo osmosi inversa: mantenimento da
parte della membrana cellulare del gradiente di
concentrazione di sodio (concentrazione più alta all’esterno
della cellula) e potassio (concentrazione più alta all’interno)
tra il liquido interstiziale ed il liquido intracellulare: l’espulsione
di ioni sodio e l’introduzione di ioni potassio (la cosiddetta
pompa sodio-potassio) avviene contro la pressione osmotica
tramite consumo di energia (ATP).
• Se nell’organismo viene iniettata acqua distillata l’osmosi
produce diffusione di acqua nelle cellule del sangue
provocando un aumento del loro volume e della pressione
interna: la membrana può rompersi e la cellula morire.
• La sierosa del peritoneo (tunica che riveste internamente
la cavità addominale) permette il passaggio di acqua ed
alcuni soluti presenti in elevata concentrazione.
Uitlizzando tale membrana le sostanze tossiche come i
cataboliti azotati (prodotti terminali della demolizione
metabolica), accumulati nel sangue di pazienti con
insufficienza renale possono essere sottratte per osmosi.
Procedura adottata anche nell’avvelenamento da
barbiturici.
• Lo svuotamento gastrico è rallentato dall’assunzione di
bevande con eccessiva concentrazione di soluti
Dialisi (dal greco: separazione)
- È la terapia più largamente usata nei casi di insufficienza renale acuta e
cronica.
- Si basa sul principio dell’osmosi in virtù del quale due soluzioni
diversamente concentrate e separate da una membrana, permeabile non
solo al solvente ma anche alle molecole di qualche soluto, tendono ad
equilibrarsi per diffusione reciproca.
- Vengono simulate le funzioni dei glomeruli renali i quali (tramite la grande
pressione idrostatica con cui giunge il sangue per mezzo dell’arteria renale)
lasciano passare soltanto le molecole d’acqua, di sali, di urea ed altre
sostanze riconosciute tossiche per l’organismo, trattenendo le molecole più
grandi come l’albumina, la globulina e l’emoglobina. Essi riassorbono poi
gran parte dell’acqua e delle sostanze ancora utili all’organismo (sodio,
cloruri, amminoacidi ecc.).
- Le membrane impiegate possono essere naturali o artificiali e permettono
lo scambio per diffusione tra una soluzione artificiale opportunamente
preparata (soluzione dializzante) e i liquidi dell’organismo.
- Se si usa una membrana naturale, il peritoneo, si parla di dialisi peritoneale,
se artificiale si parla di emodialisi o terapia mediante rene artificiale.
Emodialisi
Il sangue ossigenato prelevato da una arteria viene spinto tramite una
pompa nel dializzatore a membrana artificiale immerso nella soluzione
dializzante. Dopo la depurazione il sangue è reinviato per via venosa nel
sistema circolatorio del paziente.
Materiale utilizzato: cuprophan, emophan o altri derivati della cellulosa.
Questa sostanza presenta pori del diametro variabile tra 3 e 9 nanometri
attraverso cui passano solo molecole di dimensioni inferiori,
corrispondenti alle sostanze tossiche (scorie metaboliche) che vanno
sottratte al sangue.
La presenza nella soluzione dializzante di adeguate concentrazioni di
ioni ad esempio di sodio, potassio, calcio, magnesio e bicarbonato
permette la diffusione nel sangue di queste sostanze, arricchendo il
patrimonio di sostanze utili. Ciò viene fatto semplicemente aumentando la
loro concentrazione nella soluzione dializzante.
Emodialisi
I due tipi di dializzatori più comuni sono a bobina o a piastra. Nel
dializzatore a piastra il sangue viene fatto passare tra due fogli di
cuprophan al cui esterno circola il liquido dializzante.
Durante il trattamento dialitico (4-5 ore) la circolazione extracorporea del
sangue, la cui portata varia tra 200 e 400 ml/min avviene in ambiente
altamente eparinizzato (eparina: polisaccaride presente nel fegato con
effetti anticoagulanti)
dializzatore
Rene artificiale
