Gradient de concentrație

Gradient de concentrație a două soluții

Un gradient de concentrație sau gradient de concentrație (denumit în mod imprecis și gradient de substanță ) între două locații x ₁ și x ₂ există atunci când concentrațiile respective ale unei substanțe de acolo - c ₁ și c ₂ - diferă una de alta.

Numai cuvântul gradient de concentrație poate fi folosit și în sens mai restrâns pentru scăderea spațială a concentrației, ca antagonist al cuvântului creșterea concentrației .

Difuzarea substanțelor se produce ca urmare a unui gradient de concentrație. Gradientul electrochimic este concentrația gradientul dizolvate ioni , care prezintă o importanță deosebită pentru sistemele biologice, în special celulare metabolismul energetic și de conducere nervoasă .

În sens restrâns, gradientul de concentrație denotă o schimbare locală continuă a concentrației. Gradientul de concentrație este apoi măsura diferenței și, astfel, gradientul unei concentrații a unei substanțe chimice . Este coeficientul (mai exact: coeficient diferențial ) de la diferența de concentrație și distanța dintre două puncte din acest spațiu. În cazul unidimensional acest lucru poate fi scris ca

${\ displaystyle {\ frac {dc} {dx}}}$

unde diferența este concentrația substanței și distanța. ${\ displaystyle dc}$${\ displaystyle dx}$

Cu ajutorul operatorului Nabla , gradientul de concentrație poate fi reprezentat în trei dimensiuni:

${\ displaystyle {\ vec {\ nabla}} c = \ left ({\ frac {\ partial c} {\ partial x}}, {\ frac {\ partial c} {\ partial y}}, {\ frac { \ partial c} {\ partial z}} \ right) ^ {T}}$

Iată concentrația; sunt componentele vectorului de poziție . ${\ displaystyle c}$${\ displaystyle x, y, z}$

Exemple

mixer de gradient simplu pentru gradiente continue

Gradienții de material determină răspândirea direcțională a moleculelor prin difuzie .

Forțele externe precum gravitația, câmpurile magnetice și câmpurile electrice pot crea gradienți de concentrație în soluții și amestecuri omogene inițial.

Cristalizarea din soluție suprasaturată, aglomerarea particulelor feromagnetice în câmpul magnetic și migrarea în direcția intensității mai mari a câmpului magnetic, migrarea ionilor în câmpul electric, gradienții de temperatură, diferențele de expunere pot provoca gradienți de concentrație - uneori în sistemele cu 2 faze.

În faza gazoasă, în amestecurile de gaze, gradienții de concentrație sunt de obicei descriși prin gradienți de presiune parțială .

Procesele de amestecare, cum ar fi agitarea, convecția și vântul în troposferă și turbulența în procesele de curgere, reduc gradienții de concentrație.

O aplicație în separarea biochimică este electroforeza în gradient . Un gradient de material este generat în prealabil într-un amestec de gel. Acesta poate fi un gradient de densitate a gelului (dimensiunea variabilă a porilor) sau un gradient de pH (de obicei, cu amfoliți ). În separarea electroforetică ulterioară, substanțele se concentrează apoi într-un sector corespunzător.

O altă aplicație este separarea amestecurilor de substanțe în gradienți de densitate (de exemplu, din zaharoză sau clorură de cesiu ) prin centrifugare cu gradient de densitate .

În cromatografie , fazele mobile cu compoziții care se schimbă în timp sunt adesea utilizate pentru a crește selectivitatea în timpul eluării diferitelor substanțe adsorbite.

În biologie , gradienții de material sunt o condiție prealabilă pentru:

• transport membranar activ pasiv și secundar
• în chimiotaxie
• în metabolismul energetic al a celulelor
• în morfogeneză și în timpul dezvoltării embrionare ( embriogeneză )
• Organele excretoare ( nefridia ), cum ar fi rinichii
• Organe respiratorii precum piele , branhii și plămâni

Gradienții substanței sunt, de asemenea, importanți în geochimie și ecologie , de exemplu, gradienții concentrației de oxigen sau concentrația de hidrogen sulfurat în apă.

literatură

• Paul Reinhart Schimmel, Charles R. Cantor: Chimie biofizică: Partea II: Tehnici pentru studiul structurii și funcției biologice . HC Freeman Co., San Francisco, 1980, pp. 619-642. ISBN 0-7167-1190-7 .
• Alfred Pingoud , Claus Urbanke: Metode de lucru ale biochimiei . De Gruyter, Berlin 1997, ISBN 3-11-016513-9 ( ca carte Google ).
• Richard Josiah Hinton, Miloslav Dobrota: Density Gradient Centrifugation , volumul 6 al tehnicilor de laborator în biochimie și biologie moleculară , Elsevier, 1978. ISBN 9780080858753 .