Esame biochimica

Soluzioni

Miscela omogenea monofasica i cui costituenti non si separano, le soluzioni hanno composizione uniforme e al loro interno non è possibile distinguere diverse componenti.

Solubilità

Proprietà di una sostanza di sciogliersi in un'altra ad una data temperatura dando luogo ad una soluzione. (Es. acqua e sale: quando si mette il sale nell'acqua, inizialmente si vede, ma poi si scioglie e non si riesce a distinguerlo).

Sistema omogeneo costituito da due o più componenti, omogeneo perché presenta in ogni punto le stesse proprietà fisiche e chimiche e i componenti non sono più distinguibili.

Solubilità: Quantità massima di soluto che può essere sciolta in 100 grammi di solvente ad una temperatura definita. Si definisce una soluzione satura, una soluzione che contiene la massima quantità di soluto. Se una soluzione ad una data temperatura contiene una quantità di soluto inferiore al valore di solubilità si dice insatura.

Nelle soluzioni c'è quindi una fase disperdente chiamata solvente, più abbondante, e delle fasi disperse chiamate soluto, in minor quantità.

Componenti della soluzione

• Soluto B
• Soluto A
• Soluto C
• Solvente

(Es. Solvente che può essere l'acqua e soluto il sale)

Una soluzione si forma se le particelle di soluto si mescolano con le molecole di solvente e affinché il soluto A si sciolga nel solvente B bisogna rompere i legami. (L'acqua diventa salata)

Processo di dissoluzione

Il processo di dissoluzione del soluto nel solvente è spontaneo se avviene con un aumento dell'entropia del sistema. Le proprietà colligative delle soluzioni dipendono solo dalla concentrazione delle particelle di soluto presenti nel solvente e non dalla loro natura chimica.

Proprietà colligative delle soluzioni

• Abbassamento della pressione di vapore (o tensione di vapore)
• Innalzamento ebullioscopico (innalzamento della temperatura di ebollizione)
• Abbassamento crioscopico (abbassamento della temperatura di congelamento)
• Pressione osmotica

Quindi le proprietà chimiche e fisiche della soluzione per esempio acquosa dipendono dalle proprietà dell'acqua, del soluto e della concentrazione della soluzione. Es. di una soluzione di acqua e sale, è sempre salata ma in base alla concentrazione del sale sarà più o meno.

Proprietà collettive

Ci sono alcune proprietà delle soluzioni che non dipendono dalla natura chimica del soluto ma solo dalla sua concentrazione. La pressione di vapore rappresenta la pressione esercitata dalle molecole che passano dallo stato liquido a quello di vapore. La presenza del soluto fa diminuire la tendenza a evaporare del solvente; tale diminuzione è proporzionale alla concentrazione della soluzione.

Quindi una soluzione dove c'è poco soluto passa a uno stato di vapore più rapidamente rispetto a una dove c'è più soluto. Quindi, anche qui, sappiamo che a una data temperatura un liquido ha un determinato valore della sua pressione di vapore: quanto più alto è questo valore tanto più alta sarà la tendenza del liquido a evaporare e quindi tanto maggiore sarà la velocità di evaporazione (es. acqua).

La legge di Raoult

Se un soluto non volatile viene sciolto in acqua diminuisce la tendenza delle molecole dell'acqua, che rappresenta il solvente, ad abbandonare la soluzione, a passare allo stato di vapore. Quindi la pressione del vapore sarà più bassa della soluzione di vapore dell'acqua pura. Quindi presenta una tensione di vapore più bassa di quella del solvente puro.

È una legge chimica che afferma che la tensione di vapore di una soluzione dipende dalla frazione molare di un soluto aggiunto alla soluzione. La legge di Raoult è espressa dalla formula:

P_soluzione = Χ_solvente P⁰_solvente

Dove P_soluzione è la tensione di vapore della soluzione, Χ_solvente è la frazione molare del solvente, P⁰_solvente è la tensione di vapore del solvente puro.

Se alla soluzione viene aggiunto più di un soluto, ogni singolo componente del solvente viene aggiunto alla pressione totale.

Temperatura di congelamento e ebollizione

La temperatura di congelamento di un liquido è la temperatura alla quale un liquido diventa solido. Una soluzione bolle a temperatura superiore a quella del solvente puro; l'innalzamento ebullioscopico è proporzionale alla concentrazione della soluzione.

Una soluzione passa allo stato solido a temperatura inferiore a quella del solvente puro; l'abbassamento crioscopico è proporzionale alla concentrazione della soluzione. Importante è capire la concentrazione, non il tipo di molecola o atomo che c'è.

Quando la temperatura di un liquido si abbassa fino a raggiungere un punto di congelamento, le particelle si dispongono in modo ordinato, da formare un vero e proprio reticolo cristallino; in una soluzione però sappiamo che le particelle di soluto si inseriscono anche tra le particelle del solvente. Il punto di congelamento di una soluzione è minore di quello di una soluzione di un solvente puro, ed è detto abbassamento crioscopico ed è anche direttamente proporzionale alla concentrazione della soluzione espressa in molarità.

Osmosi e pressione osmotica

Un soluto in una soluzione si comporta come un gas in un recipiente: come un gas occupa tutto il volume che ha disposizione e tende ad espandersi, così anche un soluto si distribuisce in tutto il volume occupato dal solvente.

Il comportamento delle molecole di solvente e di soluto in una soluzione danno luogo ai fenomeni di diffusione e osmosi. Tali fenomeni manifestano la loro importanza ogni volta che ci si trova di fronte a due diversi compartimenti separati da una membrana tra i quali deve avvenire con, o deve essere inibito, il passaggio di soluti.

Tipi di membrana e passaggi soluti

• Membrana permeabile: rallenta solo il mescolamento delle soluzioni che separa ma è permeabile sia al soluto sia al solvente.
• Membrana semipermeabile: lascia passare solo il solvente e non i soluti.

Diffusione

Immaginando che vengano a contatto due soluzioni acquose, in una delle quali un soluto si trova in una concentrazione maggiore che nell'altra, attraverso questa superficie di contatto si noterà solo la diffusione delle molecole di soluto da una soluzione più concentrata a quella meno concentrata in modo da stabilire un equilibrio.

Quando due soluzioni con concentrazione differente sono separate da una membrana permeabile, soluti e solvente possono attraversarla liberamente e abbiamo il fenomeno della diffusione. La migrazione del soluto procede spontaneamente da una zona di maggior concentrazione a una di minore concentrazione, cioè secondo gradiente di concentrazione, sino a raggiungere una concentrazione uniforme in entrambi i comparti.

Osmosi

Se tra due soluzioni si interpone una membrana semipermeabile dotata per esempio di pori, di dimensioni ridotte tali da far passare solo molecole più piccole ed acqua ma non quelle grosse, si osserverà il passaggio di solvente da una soluzione più diluita a quella più concentrata, fenomeno chiamato osmosi. Il livello di liquido dal lato della soluzione più concentrata prenderà a salire quando la pressione dovuta all'osmosi sarà uguale a quella idrostatica.

Con il termine osmosi si intende il passaggio spontaneo di solvente (che in ambito biologico è sempre acqua) attraverso una membrana semipermeabile. La membrana semipermeabile non permette il passaggio di soluto e l'equilibrio, che corrisponde a una concentrazione uniforme tra A e B, viene ristabilito soltanto grazie al passaggio dell'acqua dal comparto B al comparto A. In tal modo la soluzione più concentrata verrà diluita fino ad avere uguali concentrazioni in entrambi i comparti (non c’è passaggio di soluto ma di acqua).

La pressione osmotica non è altro che la forza che spinge le molecole di acqua attraverso la membrana semipermeabile, si tradurrà in un aumento della pressione idrostatica all'interno del compartimento che contiene il soluto. La pressione idrostatica in questo compartimento aumenterà fino a raggiungere un valore tale da riequilibrare, a livello della membrana, la forza che spinge l'acqua ad attraversarla e si chiama pressione osmotica della soluzione ed esprime la forza capace di impedire il flusso osmotico dell'acqua verso la soluzione stessa.

L'aumento del volume nel comparto A genera una pressione idrostatica, che impedisce ogni ulteriore passaggio di solvente verso la soluzione più concentrata opponendosi all'osmosi sino ad arrestarla. Tale pressione prende il nome di pressione osmotica (esprime la forza capace).

Il passaggio delle molecole del solvente in una direzione non dura all'infinito infatti a un certo punto il livello di questo liquido nel tubo non cresce perché man mano che il liquido sale nel tubo si crea nella parte destra del tubo una pressione dovuta al peso della colonna liquida, che corrisponde al dislivello di questi due liquidi dalla parte sinistra e la parte destra. Questa pressione che cresce man mano che cresce il dislivello rallenta l'entrata dell'acqua fino ad arrivare al punto di equilibrio.

La pressione osmotica di una soluzione è la pressione che bisogna applicare a una soluzione a contatto con il solvente tramite una membrana semipermeabile affinché la soluzione non venga diluita, si indica con il pi greco, è misurata in bar, ed è una delle proprietà fondamentali che non dipende dal tipo di soluto ma dalla concentrazione.

Pressione osmotica di una soluzione: pressione idrostatica richiesta per prevenire un flusso netto di H₂O. La pressione osmotica di una soluzione è la pressione che si deve esercitare su una soluzione posta a contatto con il suo solvente tramite una membrana semipermeabile per impedire il processo di osmosi, ed è espressa dall'equazione di Hoof:

Confronto tra le proprietà osmotiche delle soluzioni

• Isotonica: se ha la stessa osmolarità e pressione osmotica della soluzione di riferimento; se due soluzioni isotoniche sono a contatto tramite una membrana semipermeabile, il numero delle molecole di acqua che passa nelle due direzioni è uguale e nessuno delle due si diluisce a spese dell’altra.
• Ipertonica: se ha maggiore osmolarità e pressione osmotica della soluzione di riferimento.