Procesos de transporte

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de los nervios, etcetera. Como vimos en el capitulo 1, para que se de un f1ujo es necesario que exista un gradiente que sirva como fuerza conductora. EI flujo pasivo de materiales a traves de una membrana puede ser provocado por cuatro tipos de fuerzas termodinamicas: los gradientes de presion, la concentracion del soluto, el potencial electrico y la temperatura (tabla 9.1). Fuerzas conductoras Flujos Gradiente Gradiente de Gradiente de de presion concentracion potencial Temperatura aP aC electrico aT E Flujo de Flujo volumetrico solvente (Ley de Poiseuille) Osmosis Electro6smosis Termoasmosis Flujo de Arrastre por Oifusi6n Oifusian Termodifusian moleculas f1ujo volumetrico (ley de Fick) (ley de Nernst·Planck) (ley de Thomson) neutras Flujo de Polarizacian por Polarizaci6n por Corriente Termoiones acumulacian de concentraci6n electrica electricidad cargas (ley de Ohm) (ley de Thomson) Flujo de calor Flujo termico Oifusian Termoelectricidad Conducci6n (ley de Joule-Thomson) termica Electropirosis termica (ley de Oufour) (ley de Fourier) Sabiendo que los procesos biologicos de transferencia se desarrollan generalmente a temperatura constante, haremos aqui el analisis solo de los gradientes de concentracion, del potencial electrico y de la presion . ' . ' ' . '., . . ... • '. . .. , •••••••••• . • ......... ' ....... " •.. • ...... ' • • ' . • • • .' · · •.... ... '.. C1····· • • '.' ." ., .,. ....- • • - • • • • Figura 9.1 Fenomeno de difusion. Dos compartimentos con diferente concentracion de so/uto estan conectados por un tubo que permite Iibremente e/ paso tanto de/ so/vente como de/ so/uto. £/ f/uio se equi/ibrara cuando /as concentraciones en ambos compartimentos sea igua/.
Difusi6n y ley de Fick Las diferencias de concentracion en las soluciones tienden a desaparecer con el tiempo. Un soluto tiende a distribuirse uniformemente a 10 largo del volumen del solvente. Enotras palabras, si la concentracion del soluto es diferente en una y otra porcion de una solucion, las moleculas del soluto se moveran de la solucion mas concentrada hacia la mas diluida. Este movimiento se detendra hasta cuando sean iguales las dos concentraciones (figura 9.1). Se denomina difusion al transporte de materia en donde la (mica fuerza conductora es el gradiente de concentracion o un gradiente de potencial quimico. EIestado final del sistema,en donde es igualla concentracion en todas las partes de la solucion, es lIamado equilibrio de difusion. Cuando se establece el equilibrio de difusion, este no puede moverse sin la aplicacion de energia externa. Por 10 anterior, a la difusion se Ie considera un proceso irreversible que lIeva a la eliminacion de lasdiferencias de concentracion encontradas en un principio y es un proceso natural en el sentido termodinamico. La difusion puede utilizarse como ejemplo de la segunda ley de la termodinamica. Paracomenzar la descripcion cuantitativa de la difusion, podemos citar el comportamiento estadistico de las moleculas en difusion. Un modelo visible de este comportamiento es el movimiento browniano. Este movimiento de particulas pequefias y visibles en suspension se origina por un impacto azaroso de las moleculas moviendose cineticamente en el medio. La mas conocida de las leyes de difusion fue desarrollada por Adolf Eugen Fick en 1955, empiricamente. Fick encontro una analogia entre la difusion de particulas en solucion y la transferencia de calor en la materia salida. La ley de Fick establece: dm =-DA dC_ dt dX Una cantidad de sustancia (dm), difunde durante un periodo de tiempo (dt). EIarea de la seccion transversal de flujo (A), participa de manera proporcional en el flujo. EI gradiente de concentracion es dCjdX, 0 sea la diferencia de concentracion a 10 largo de la seccion X, la cual es perpendicular al area A (figura 9.1). La constante de difusion (0), a presion y temperatura constantes, solo depende del soluto y del solvente. EIsigna negativo indica un flujo pasivo para un gradiente negativo de concentracion, el transporte se realiza de la region de mayor concentracion hacia la de menor concentracion. Bajo esta forma, la ley de Fick solo resulta aplicable en el caso de soluciones ideales, en donde la interaccion entre 105 solutos (no cargados) y el solvente no reduce las actividades. Sin embargo, en soluciones reales la concentracion 0 actividad termodinamica puede ser reducida. Un ejemplo de esto es un electrolito que no se disocia por completo en iones separados. EIpotencial quimico de 105 solutos (11;) se encuentra determinado por sus actividades (ai) y estas parecen ser definidas por las concentraciones (C) y el valor del coeficiente de actividad (y,). EIcoeficiente de actividad se ha determinado experimentalmente. En soluciones diluidas, el valor de y, es muy cercano a 1, pero a altas concentraciones puede ser mucho menor que 1. Por consecuencia, para tener una mayor exactitud es mejor usar ai que C en la ecuacion de Fick.
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