formalna definicja gradientu koncentracji jest procesem cząstek, które są czasami nazywane solutes, poruszających się przez roztwór lub gaz z obszaru o większej liczbie cząstek do obszaru o mniejszej liczbie cząstek. Obszary są zazwyczaj oddzielone membraną. Membrana ta może być przepuszczalna, półprzepuszczalna lub nieprzepuszczalna., Przepuszczalna jest definiowana jako membrana, którą mogą przecinać cząstki, jony lub woda. Półprzepuszczalne oznacza, że niektóre cząstki, jony lub woda mogą przejść przez membranę. W końcu, membrana nieprzepuszczalna oznacza, że żadne cząstki, jony lub woda nie mogą przejść przez membranę.
przykładem, który może pomóc zrozumieć różne rodzaje membran, są różne rodzaje ogrodzeń. Drewniane ogrodzenie z bali umożliwiłoby Przejście wielu rzeczy – byłby to przykład przepuszczalnej membrany., Ogrodzenie z ogniwami łańcucha umożliwiłoby przejście przez nie małym przedmiotom – byłoby to jak półprzepuszczalna membrana. Solidne plastikowe ogrodzenie w ogóle nie pozwalałoby przedmiotom przejść przez nie – stanowiłoby to nieprzepuszczalną membranę.
funkcja gradientów stężenia
stężenie gradienty są naturalną konsekwencją praw fizyki., Jednak żywe istoty znalazły wiele sposobów na wykorzystanie swoich właściwości do realizacji ważnych funkcji życiowych. Organizmy, które muszą przenieść substancję do lub z komórek, na przykład, mogą wykorzystać ruch jednej substancji w dół jej gradientu stężenia, aby transportować inną substancję w tandemie.
organizmy mogą również używać gradientów koncentracji do osiągnięcia nagłych zmian lub ruchów poprzez uwolnienie wysokich stężeń substancji rozpuszczonej, aby przenieść się do obszarów o niskim stężeniu. Neurony są przykładem komórek, które wykorzystują wysokie stężenia substancji rozpuszczonych do osiągnięcia szybkich zmian.,
codzienne przykłady gradientu koncentracji
stężenie cząsteczek zapachowych jest najwyższe na obszarach skóry, na których bezpośrednio nałożono perfumy lub wody po goleniu. Inni mogą wyczuć zapach, ponieważ niektóre z tych cząsteczek zawsze oddalają się od perfumowanej osoby, źródła, w powietrze-przesuwając się w dół gradientu koncentracji, z wysokiego stężenia do niższego stężenia. Ostatecznie cząsteczki zapachowe są tak szeroko rozproszone, że nie można ich już wykryć.,
pomyśl o nieprzyjemnym zapachu smrodu skunksa, gdy skunks został spryskany lub uderzony przez pojazd. Gdy człowiek zbliża się do źródła smrodu skunksa, zapach staje się silniejszy, ponieważ „cząsteczki smrodu” są bardziej skoncentrowane bliżej źródła.
cząsteczki nie tylko podróżują przez powietrze, ale także przez inne media., Kiedy osoba wkłada śmietankę do kawy, cząsteczki śmietanki w końcu odbijają się w filiżance, przesuwając się w dół gradientu stężenia, aż do równomiernego rozłożenia. Jednak większość pijących kawę nie czeka na to. Wprowadzają dodatkową energię, mieszając kawę i przyspieszając proces.
definicja gradientu stężenia Biologia
w biologii komórki dyfuzja jest główną formą transportu niezbędnych materiałów, takich jak aminokwasy w komórkach., Dyfuzja rozpuszczalników, takich jak woda, przez półprzepuszczalną membranę, jest klasyfikowana jako osmoza.
metabolizm i oddychanie polegają częściowo na dyfuzji oprócz procesów masowych lub aktywnych. Na przykład w pęcherzykach płucnych ssaków, ze względu na różnice ciśnienia cząstkowego w błonie pęcherzykowo-kapilarnej, tlen dyfunduje do krwi, a dwutlenek węgla dyfunduje. Płuca zawierają dużą powierzchnię, aby ułatwić ten proces wymiany gazowej.
co ma wspólnego Gradient koncentracji z przypadkowym chodzeniem?,
pamiętasz stronniczy losowy spacer? Zawsze jest powód do uprzedzeń. Bakterie mogą uszkadzać swoje spacery w oparciu o gradient stężenia danej substancji chemicznej. Więc nawet jeśli każdy krok jest w losowym kierunku, długość kroku jest dłuższy, jeśli bakteria porusza się w kierunku wyższego stężenia niż jest, jeśli bakteria porusza się w kierunku niższego stężenia.
obejrzyjmy jeszcze raz film random walk, tym razem z gradientem koncentracji w tle. Teraz możesz zobaczyć przyczynę uprzedzenia w spacerze!,
Jak bakterie mogą stwierdzić, czy zmierzają w kierunku wyższego czy niższego stężenia?
kiedy bakteria szuka konkretnego sygnału chemicznego, wykrywa tę substancję chemiczną, gdy porusza się po swojej drodze. Jeśli porusza się w górę gradientu stężenia, zacznie wykrywać cząsteczki chemiczne coraz częściej. Jeśli porusza się w dół gradientu stężenia, zacznie wykrywać cząsteczki chemiczne coraz rzadziej. To ostatecznie określa kierunek i siłę odchylenia w jego losowym marszu.,
układ Nierównoważny
ponieważ dyfuzja chemiczna jest procesem transportu netto, układ, w którym zachodzi, nie jest układem równowagi (tzn. nie jest jeszcze w stanie spoczynku). Wiele wyników w termodynamice klasycznej nie jest łatwo zastosowanych do układów nierównoważnych. Czasami jednak występują tzw. Stany quasi-stałe, w których proces dyfuzji nie zmienia się w czasie, gdzie lokalnie mogą mieć zastosowanie wyniki Klasyczne. Jak sama nazwa wskazuje, proces ten nie jest prawdziwą równowagą, ponieważ system wciąż ewoluuje.,
Układy płynów nierównoważnych można z powodzeniem modelować za pomocą hydrodynamiki fluktuacyjnej Landau-Lifshitza. W tym teoretycznym ramach dyfuzja jest spowodowana fluktuacjami, których wymiary wahają się od skali molekularnej do skali makroskopowej.
dyfuzja chemiczna zwiększa entropię układu, tzn. dyfuzja jest procesem spontanicznym i nieodwracalnym., Cząstki mogą rozprzestrzeniać się przez dyfuzję, ale nie ulegają samoistnemu uporządkowaniu (brak zmian w układzie, przy założeniu braku tworzenia nowych wiązań chemicznych i braku sił zewnętrznych działających na cząstkę).
Czytaj także: kalkulator Antyderywistyczny – Krótkie wprowadzenie