Tensione superficiale

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Tensione superficiale

• Proprietà caratteristica dei liquidi che si
  manifesta lungo le superfici di separazione
• Dipende dalle forze di coesione molecolare che
  sulla superficie del liquido hanno risultante
  rivolta verso il suo interno
• Il liquido si comporta come se fosse racchiuso da
  una membrana elastica che gli permette di variare
  la forma mantenendo minima la superficie esterna
• Es. La forma sferica delle gocce
• Es. Bolle di sapone
• Il fenomeno della capillarità è dovuto alla
  tensione superficiale
• Lo studio della T.S. è molto importante per lo
  sviluppo di sostanze tensioattive che hanno lo
  scopo di diminuire la tensione superficiale ad
  esempio dellacqua aumentandone il potere
  bagnante e le proprietà schiumogene, detergenti,
  emulsionanti e di penetrazione in materiali
  porosi

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Diffusione

• Fenomeno che consiste nel trasporto di materia
  tra due punti di un sistema nei quali i
  componenti siano presenti in concentrazioni
  diverse
• Ha come effetto quello di rendere uniforme la
  concentrazione di una sostanza
• È regolata dalla seguente relazione
• Che esprime il fatto che le molecole di una
  sostanza A si diffondono nella direzione x
  proporzionalmente ad un coefficiente di
  diffusione caratteristico della sostanza ed alla
  diminuzione di concentrazione della sostanza
  nella stessa direzione
• È importante nellassorbimento di gas o liquidi,
  nella distillazione e nellevaporazione

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Filtrazione

• È una operazione meccanica che tende a separare
  le particelle solide che si trovano in
  sospensione in un fluido (liquido o gas) dal
  fluido stesso
• Usualmente viene realizzata ricorrendo a mezzi
  porosi che trattengono il solido ma non il fluido
• In laboratorio si realizza tramite carte da
  filtro o setti filtranti con diametro dei pori
  più piccolo di quello della sostanza da separare.
  
• Il diametro dei pori non deve essere troppo
  piccolo altrimenti il filtro si intasa

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Membrana semipermeabile

• Sottile strato di sostanze naturali od
  artificiali che permette il passaggio di soli
  cationi e non degli anioni o viceversa, oppure
  del solo solvente e non del soluto
• Membrane naturali sono le vesciche di animali o
  sottili bucce di alcuni frutti
• Membrane artificiali possono essere costituite da
  ferrocianuro di rame o
  dispersioni di resine in cellulosa o di stirene
  solfonato in polietilene

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Osmosi

• Fenomeno di diffusione selettiva attraverso una
  membrana semipermeabile

Si alza il livello dellacqua e zucchero perché
entra acqua cercando di equilibrare la pressione
dellacqua nei due liquidi
Acqua e zucchero
acqua
Lo zucchero (saccarosio ) non
passa attraverso i pori della pergamena, al
contrario dellacqua
pergamena, permeabile allacqua ma impermeabile
allo zucchero
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Pressione osmotica della soluzione
È la pressione che si sarebbe dovuto esercitare
sulla soluzione per impedire losmosi. La
pressione osmotica tende a far diventare uguali
le pressioni dellacqua (solvente) allinterno ed
allesterno della membrana di conseguenza la
pressione osmotica finale è la pressione dovuta
alle molecole del solo zucchero (soluto).
Le osservazioni sperimentali hanno rivelato che
un soluto si comporta come un gas perfetto e che
la pressione osmotica nasce dal bombardamento
delle pareti del contenitore da parte delle
molecole di soluto. La legge che esprime la
pressione osmotica in funzione del volume
della soluzione, della temperatura assoluta e del
numero n di moli del soluto è
Dove R è la costante universale dei gas perfetti
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Se la membrana è permeabile sia al solvente che
al soluto losmosi avviene in entrambe le
direzioni fintanto che si equilibra la
concentrazione della soluzione ai due lati della
membrana. L'osmosi ha una grandissima importanza
in molti processi fisiologici del nostro
organismo, riguardanti specialmente la diffusione
del sangue e della linfa, la formazione
dell'urina, l'assorbimento degli alimenti da
parte degli intestini, ecc. Se poniamo dei
globuli rossi del sangue in acqua, essi si
gonfieranno perché la loro membrana esterna
permette all'acqua di entrare per diluire il
liquido intracellulare. Come risultato le cellule
si gonfieranno fino a scoppiare. Se le stesse
cellule fossero poste in acqua molto salata (o
molto zuccherata), l'acqua all'interno dei
globuli rossi se ne uscirebbe fuori ed essi
avvizzirebbero restringendosi.
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Losmosi è di fondamentale importanza per i
processi biologici perché tutte le cellule
viventi sono circondate da membrane
semipermeabili. Questo fatto consente la
diffusione selettiva delle molecole di cui la
cellula ha bisogno per il proprio nutrimento.
Spiega anche altri fenomeni in campo medico,
come

• a) i purganti
• per i purganti le pareti intestinali sono
  impermeabili, richiamano acqua dallorganismo
  verso lintestino per compensare la pressione
  osmotica creata dalla loro ingestione.

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b) la Sete

• aumento della concentrazione di sali nel plasma
  dovuto alla perdita dacqua individuato da
  particolari recettori cerebrali (osmocettori,
  sensibili alla pressione osmotica)
• Perché lacqua salata non disseta? Dopo averla
  bevuta i reni, per far diminuire lelevata
  pressione osmotica dovuta al sale ingerito
  richiamano acqua dai tessuti lasciando
  lorganismo ancora in preda alla sete.
• È fondamentale reidratarsi (ad esempio dopo
  attività sportiva) con bevande aventi una
  pressione osmotica analoga a quella del plasma
  (isotoniche) o addirittura con bevande ipotoniche
  che favoriscono una rapida idratazione

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Osmosi inversa

• Esercitando una pressione sulla soluzione
  concentrata vincendo la pressione osmotica è
  possibile ottenere il processo inverso (spendendo
  energia)
• Esempio potabilizzatori

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Osmosi biologica

• Trova numerose applicazioni nellorganismo
  animando la vita delle cellule attraverso la cui
  membrana si svolge un intenso traffico molecole
  di acqua, gas, rifiuti, numerosi ioni danno vita
  ad un incessante e selezionato scambio tra le
  cellule ed il liquido che le circonda.
• Esempio di processo tipo osmosi inversa
  mantenimento da parte della membrana cellulare
  del gradiente di concentrazione di sodio
  (concentrazione più alta allesterno della
  cellula) e potassio (concentrazione più alta
  allinterno) tra il liquido interstiziale ed il
  liquido intracellulare lespulsione di ioni
  sodio e lintroduzione di ioni potassio (la
  cosiddetta pompa sodio-potassio) avviene contro
  la pressione osmotica tramite consumo di energia
  (ATP).
• Se nellorganismo viene iniettata acqua
  distillata losmosi produce diffusione di acqua
  nelle cellule del sangue provocando un aumento
  del loro volume e della pressione interna la
  membrana può rompersi e la cellula morire.

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• La sierosa del peritoneo (tunica che riveste
  internamente la cavità addominale) permette il
  passaggio di acqua ed alcuni soluti presenti in
  elevata concentrazione. Uitlizzando tale membrana
  le sostanze tossiche come i cataboliti azotati
  (prodotti terminali della demolizione
  metabolica), accumulati nel sangue di pazienti
  con insufficienza renale possono essere sottratte
  per osmosi. Procedura adottata anche
  nellavvelenamento da barbiturici.
• Lo svuotamento gastrico è rallentato
  dallassunzione di bevande con eccessiva
  concentrazione di soluti

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Dialisi (dal greco separazione)
- È la terapia più largamente usata nei casi di
insufficienza renale acuta e cronica. - Si basa
sul principio dellosmosi in virtù del quale due
soluzioni diversamente concentrate e separate da
una membrana, permeabile non solo al solvente ma
anche alle molecole di qualche soluto, tendono ad
equilibrarsi per diffusione reciproca. - Vengono
simulate le funzioni dei glomeruli renali i quali
(tramite la grande pressione idrostatica con cui
giunge il sangue per mezzo dellarteria renale)
lasciano passare soltanto le molecole dacqua, di
sali, di urea ed altre sostanze riconosciute
tossiche per lorganismo, trattenendo le molecole
più grandi come lalbumina, la globulina e
lemoglobina. Essi riassorbono poi gran parte
dellacqua e delle sostanze ancora utili
allorganismo (sodio, cloruri, amminoacidi
ecc.). - Le membrane impiegate possono essere
naturali o artificiali e permettono lo scambio
per diffusione tra una soluzione artificiale
opportunamente preparata (soluzione dializzante)
e i liquidi dellorganismo. - Se si usa una
membrana naturale, il peritoneo, si parla di
dialisi peritoneale, se artificiale si parla di
emodialisi o terapia mediante rene artificiale.
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Emodialisi

• Il sangue ossigenato prelevato da una arteria
  viene spinto tramite una pompa nel dializzatore a
  membrana artificiale immerso nella soluzione
  dializzante. Dopo la depurazione il sangue è
  reinviato per via venosa nel sistema circolatorio
  del paziente.
• Materiale utilizzato cuprophan, emophan o altri
  derivati della cellulosa.
• Questa sostanza presenta pori del diametro
  variabile tra 3 e 9 nanometri attraverso cui
  passano solo molecole di dimensioni inferiori,
  corrispondenti alle sostanze tossiche (scorie
  metaboliche) che vanno sottratte al sangue.
• La presenza nella soluzione dializzante di
  adeguate concentrazioni di ioni ad esempio di
  sodio, potassio, calcio, magnesio e bicarbonato
  permette la diffusione nel sangue di queste
  sostanze, arricchendo il patrimonio di sostanze
  utili. Ciò viene fatto semplicemente aumentando
  la loro concentrazione nella soluzione
  dializzante.

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Emodialisi
I due tipi di dializzatori più comuni sono a
bobina o a piastra. Nel dializzatore a piastra il
sangue viene fatto passare tra due fogli di
cuprophan al cui esterno circola il liquido
dializzante. Durante il trattamento dialitico
(4-5 ore) la circolazione extracorporea del
sangue, la cui portata varia tra 200 e 400
ml/min avviene in ambiente altamente eparinizzato
(eparina polisaccaride presente nel fegato con
effetti anticoagulanti)
dializzatore
Rene artificiale