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Entropia e spontaneità dei processi
ΔG=ΔH-TΔS
Quanto più è disordinato un sistema tanto maggiore sarà il valore dell'entropia; quanto maggiore è l'ordine del sistema tanto minore sarà il valore di entropia.
Allo zero assoluto, quando ogni moto atomico viene arrestato, l'entropia del sistema è pari a zero.
La direzione di tutti i processi spontanei determina un aumento dell'entropia del sistema e dell'ambiente circostante. Un processo è spontaneo solo se aumenta l'entropia del sistema quindi ΔS >0.
In un sistema all'equilibrio l'entropia del sistema e dell'ambiente circostante è massima, non si può aumentare l'entropia in modo spontaneo ΔS=0.
I processi esoergonici sono spontanei dove ΔG<0; si oppongono i processi endoergonici in cui si ha ΔG>0 e non avvengono spontaneamente.
Un processo avviene spontaneamente fino a quando l'energia libera G non ha raggiunto un valore minimo.
condizione che equivale allo stato di equilibrio ΔG=0.
Se la temperatura aumenta, l'energia aumenta e ΔG diventa più negativo.
0°C = -273°C
Se la temperatura diminuisce, l'energia libera diminuisce e ΔG diventa meno negativo.
Processi spontanei: ΔG negativo; ΔS>0; esoergonici
Processi non spontanei: ΔG>0; ΔS<0; endoergonici
Processi all'equilibrio: G minima (ΔG=0); S massima (ΔS=0)
DIFFUSIONE
I processi diffusivi avvengono in fenomeni che coinvolgono lo spostamento dell'acqua o di piccoli ioni.
La diffusione è lo spostamento di particelle (ioni o molecole) in modo tale che queste possano occupare in modo uniforme lo spazio a loro disposizione; è una modalità per occupare uno spazio messo a disposizione. Le molecole, grazie a moti atomici, riescono a spostarsi e a diffondere in modo da occupare in modo omogeneo lo spazio a loro disposizione.
Il movimento aumenta se si aumenta la
temperatura (aiuto dall'esterno: viene fornita energia supplementare esterna al sistema che si prende in considerazione).
Diffusione: insieme di movimenti casuali che portano ad una condizione di equilibrio.
Con la legge di Fick si calcola il valore della velocità del processo diffusivo (1855).
V= -D ([C2]-[C1])/L
D: costante che può avere valore positivo o negativo; coefficiente di diffusione. Il suo valore indica la facilità di una sostanza di muoversi attraverso un particolare mezzo. Il segno negativo nell'equazione indica che il flusso si sposta secondo il gradiente di concentrazione.
L: distanza che la particella deve compiere per spostarsi dalla zona dove è più concentrata a quella dove lo è meno.
Fattori che influenzano la diffusione:
- Dimensione di molecole o ioni
- Temperatura dell'ambiente o della soluzione
- Carica elettrica (nel caso degli ioni)
- Gradiente di concentrazione: da un punto dove sono più
geometria del sistemaD: coefficiente di diffusione
Per una cellula di mais una molecola deve percorrere una distanza pari a 50μm2-1
D= 1x10-9 m2 s-1 per una molecola piccola => 2,5 s
La K si tralascia.
Se la cellula fosse lunga 1 metro la particella impiegherebbe circa 24 anni per completare il processo diffusivo. La diffusione è quindi rapida a breve distanza, ma estremamente lenta a lunga distanza. Non si può quindi pensare che la diffusione sia il processo che determina lo spostamento dell'acqua lungo lo xilema, la distanza è eccessiva. La diffusione ha rivestito un ruolo fondamentale nell'organizzazione ed evoluzione degli esseri viventi i cui però ogni cellula avesse dimensioni estremamente ridotte e si distanziasse dalle loro simili di pochissimo.
La conquista delle terre emerse è avvenuta ad opera di alghe verdi per necessità diffusive; l'ambiente terrestre però denota parecchi svantaggi: ambiente privo di schermo contro
Le radiazioni luminose; disidratazione etc. Tuttavia la conquista delle terre emerse è stata una via evolutiva vincente perché si è evoluta una quantità ed una varietà di organismi vegetali notevole. Altro vantaggio è che, nell'ambiente gassoso, la velocità di diffusione è circa 10.000 volte maggiore rispetto all'ambiente liquido e che sono state le uniche ad abitarlo. Svantaggio è che la concentrazione di CO2 terrestre è minore rispetto a quello acquatico, però la CO2 diffonde più velocemente in atmosfera e questo compensa la minor concentrazione. Le foglie sommerse della pianta acquatica determinano attorno a loro uno spazio "vuoto di CO2" perché ne assorbono così tanta e così velocemente che ad un certo punto, lì affianco, non c'è più e non arriva perché in acqua diffonde più lentamente. Questo principio permette che nelle foglie,
attraverso gli stomi, possano fluire indipendentemente nei due sensi anidride carbonica, vapore acqueo, ossigeno secondo il proprio gradiente di concentrazione. Stoma: si intende solamente l'apertura regolabile grazie alle cellule di guardia che si aprono e si chiudono isolando o meno la foglia dall'ambiente circondante. Si aprono grazie a rigonfiamento (assunzione di acqua dalle cellule circostanti) che le allontana; sono ricche di cloroplasti. All'interno della foglia ci sarà una certa concentrazione di composti (nella camera sotto-stomatica il vapore acqueo è del 98% circa totale, mentre nell'atmosfera si ha una concentrazione di vapore d'acqua minore quindi la pianta traspira velocemente). Mentre esce acqua sotto forma di vapore, durante l'apertura degli stomi, può entrare anidride carbonica necessaria per l'attività fotosintetica; la CO2 entra per un processo diffusivo perché è meno concentrata.all'interno dellafoglia perché quella che era entrata sarà già stata usata per processi fotosintetici. Al tempo stessoesce ossigeno dalla foglia verso l'esterno perché l'O2 è lo scarto dell'attività fotosintetica; segue il proprio gradiente di concentrazione.
Attraverso lo stoma si hanno H2O allo stato di vapore che esce, O2 che esce, CO2 che entra; si ha anche che O2 entra per il processo di respirazione e CO2 esce perché è il prodotto di scarto della respirazione.
Diffusione attraverso la membrana plasmatica
La membrana rallenta la velocità di diffusione e permette che si instauri un salto di concentrazione tra i compartimenti. Le molecole attraversano la membrana in funzione della loro dimensione e del loro peso: minore è il peso o la dimensione, maggiore è la velocità di diffusione.
Le molecole neutre sono più facilmente permeanti; le apolari sono più permeanti di quelle polari.
soluzione dal compartimento A. A questo punto si raggiunge un equilibrio dinamico, chiamato equilibrio osmotico, in cui il flusso netto di solvente attraverso la membrana è zero. La pressione osmotica è la pressione necessaria per impedire il passaggio del solvente attraverso la membrana semipermeabile. Dipende dalla concentrazione delle particelle di soluto nel compartimento A. Maggiore è la concentrazione del soluto, maggiore sarà la pressione osmotica. L'osmosi è un processo fondamentale per la sopravvivenza delle cellule. Per esempio, nelle cellule vegetali, l'acqua entra attraverso l'osmosi, creando una pressione interna chiamata pressione di turgore, che mantiene la cellula rigida. In sintesi, le molecole polari sono generalmente meno permeanti, tranne l'acqua che attraversa facilmente la membrana. La diffusione dei soluti segue il proprio gradiente di concentrazione e può avvenire anche attraverso l'osmosi, un fenomeno che spiega il passaggio del solvente attraverso una membrana semipermeabile. La pressione osmotica dipende dalla concentrazione del soluto e l'osmosi è fondamentale per la sopravvivenza delle cellule.quota di solvente. Questa pressione è stata chiamata pressione osmotica. Il processo osmotico non permette il raggiungimento dell'equilibrio delle concentrazioni dei due compartimenti. La pressione osmotica π=nRT/V è la funzione del volume della soluzione e del numero di particelle di soluto (attività) (diminuisce G ed aumenta S). Si calcola attraverso l'equazione di van't Hoff; la pressione osmotica è una caratteristica delle soluzioni. Tanto più è alto il valore della pressione osmotica di una soluzione maggiore è la sua capacità di richiamare acqua attraverso una membrana semipermeabile (diventando turgida). Le cellule si comportano come degli osmometri imperfetti: globulo rosso (cellula animale considerata). In una soluzione ipertonica perde acqua e si raggrinzisce; in una soluzione ipotonica (carente di sali) determina un assunzione di acqua e si gonfia fino a scoppiare. Solo in condizioni esagerate una cellula vegetale.può andare in contro, in una soluzione ipertonica, a plasmolisi (distacco della membrana dalla parete). Se invece è in una soluzione ipotonica, la cellula vegetale non scoppia perché c'è la parete cellulare che è responsabile della pressione di turgore. La parete esercita una forza uguale e contraria a quella determinata dal succo cellulare; determina uno stop all'assunzione di acqua da parte della cellula vegetale. La parete è permeabile a tutte le sostanze a basso peso molecolare. Ma plasmalemma, citosol e tonoplasto possono assimilarsi, per il loro comportamento complessivo, ad un'unica membrana. I concetti di turgidità ed appassimento possono essere estesi a tutta la pianta, in particolare alle parti non lignificate. Nelle leguminose si ha ripiegamento e sovrapposizione (movimenti nictinastici: conseguenza della variazione della turgidità delle cellule del pulvino motore) della superficie fotosintetica. In botanica, ilpulvino (dal latino pulvīnus, ossia cuscino) è un legg
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