Effetto Donnan.

From: Mauro D'Uffizi <aduffiz_at_tin.it>
Date: 1999/06/03

Forse potrebbe sembrare O.T. e sarebbe pi� giustificato in un newsgroup di
chimica, ma credo, pur non seguendoli, che a loro del secondo principio
della termodinamica non interessi molto.

Sul mio testo di fisiologia sono rimasto interdetto, avevo da poco
abbandonato Fisica per passare a Medicina, quando lessi di questo effetto.
Serve a spiegare la formazione del potenziale di membrana delle cellule ed
in particolare di quelle nervose.

In parole povere dice che essendoci all'interno della cellula una
concentrazione proteica superiore a quella che si trova all'esterno, nei
liquidi interstiziali, ed essendo le proteine in media elettronegative (nel
senso che contengono molti ioni positivi che si dissociano in acqua
abbandonandole), ed essendo la membrana cellulare permeabile a questi ioni,
e non alle proteine, la distribuzione delle cariche fa s� che vi sia una
differenza di potenziale elettrico tra l'interno e l'esterno della cellula,
che si instaura automaticamente, con l'interno negativo rispetto
all'esterno.

Da ex-fisico, mi domandai subito come venisse misurata, a circuito chiuso o
a circuito aperto, risposta: anche a circuito chiuso.
Il problema era che, dato che si poteva misurare anche a circuito chiuso,
passava una corrente, che per una ddp e per un tempo fa energia, che
qualcuno doveva produrre.
Chi?

Mi proposi un esperimento ideale in cui una macromolecola proteica
elettronegativa si scinde in Macr- ed Na+, l'ambiente acquoso comunica
tramite una membrana semipermeabile con un secondo ambiente acquoso privo di
soluti. (Per la differenza di pressione osmotica si pu� provvedere ad
equilibrarla tramite l'aggiunta nel secondo reparto di una Macr neutra).
La membrana lascia passare gli Na+ ma non le Macr-.

Quello che sostiene Donnan, ed � vero, � che gli ioni Na+ tendono a
diffondere al di l� della membrana fino a che si instaura una situazione di
equilibrio con la ddp che nel far questo generano (perch� le cariche
positive invece non diffondono) e che li spinge a rientrare.
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Non so se qualcuno di voi a questo punto comincia a percepire il diavoletto
di Maxwell.
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La domanda da porsi �:

Cosa succede quando immergo i puntali del tester ai due lati della membrana
onde misurare tale ddp?
(e vi garantisco che si misura)

Ammettiamo che i puntali non reagiscano, e che non reagisca neanche Macr-.
Poniamo a sinistra la zona con la Macr- e a destra quella senza.

Perch� ci sia passaggio di corrente nel tester, gli ioni Na+ a destra devono
acquisire un elettrone dal puntale, trasformandosi in Na neutro che reagisce
con un H+ a cui ceder� l'elettrone, liberando un H neutro al puntale che si
svolger� come gas. (qui ho abbreviato ma il risultato � questo).

A sinistra Macr- dovr� cedere un elettrone trasformandosi in Macr neutra che
reagir� con un OH- dell'acqua rubandogli l'elettrone.
OH ormai diventato neutro, si combiner� col prossimo OH neutro, dando H2O e
liberando un O che si svolger� al puntale sinistro.

Il totale delle due reazioni sar� la scomposizione dell'acqua in idrogeno ed
ossigeno, avvenuta non endotermicamente ma ,addirittura, con creazione di
energia, assorbita dal tester.

Ma questo non contraddice il secondo principio della termodinamica bens� il
primo.
Non crediate che a me una simile eventualit� possa piacere, per questo
continuo l'analisi.

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Lo vedete adesso il diavoletto di Maxwell?
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Chi pu� fornire energia al sistema?
Ho asserito che si ha la scomposizione dell'acqua, ma non sono stato
preciso, l'acqua che si � trasformata in idrogeno ed ossigeno, era gi�
scissa in soluzione sotto forma di H+ e OH-, avrei dovuto dire pi�
precisamente che gli ioni dell'acqua hanno prodotto idrogeno ed ossigeno.
Quindi nell'acqua gli ioni sono diminuiti, ma non possono farlo, perch� il
prodotto ionico � fisso, cio� se alcuni se ne vanno via altri prendono il
loro posto.

E dove prendono l'energia le molecole dell'acqua per potersi scindere?
Dagli urti molecolari.

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credo che adesso il diavoletto di Maxwell sia splendente come il sole per
chiunque.
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Riassumendo, la presenza a sinistra di uno ione non diffusibile (macr-)
insieme ad uno ione diffusibile (Na+) produce una ddp ai lati della membrana
semipermeabile, e la misurazione della stessa sotto forma di corrente, fa s�
che l'equilibrio venga interrotto con la riduzione a gas degli ioni H+ e OH-
presenti nell'acqua e col loro ripristino a spese dell'agitazione molecolare
dell'acqua, e cio� dell'energia interna del sistema.

Ciao ragazzi, e mi raccomando, riservatemi una piccola royalty in caso di
utilizzo industriale.

Se sono pazzo ditemelo pure, senza riserve.
Prima o poi lo verrei a sapere comunque.

Di nuovo, ciao, Mauro.
Received on Thu Jun 03 1999 - 00:00:00 CEST