Cơ Chế Khuếch Tán và Thẩm Thấu Theo Định Luật Fick môn Hóa học | Trường Đại Học Tây Nguyên

lOMoAR cPSD| 39651089 Khuếch tán
Khái niệm: Là hiện tượng vận chuyển các phân tử/ion do chuyển động nhiệt hỗn loạn từ
nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ thấp.
Đặc điểm:
Quá trình thụ động, không tiêu hao năng lượng.
Tốc độ phụ thuộc vào độ chênh lệch nồng độ, nhiệt độ, kích thước phân tử, độ dày và
đặc tính màng.
Định luật Fick: 2. Thẩm thấu
Khái niệm: Hiện tượng dung môi (thường là nước) vận chuyển qua màng bán thấm từ
dung dịch nhược trương sang dung dịch ưu trương.
Áp suất thẩm thấu (theo phương trình Van’t Hoff):
Phụ thuộc vào số lượng hạt tan, không phụ thuộc bản chất hóa học.
Gibbs–Donnan:
Khi có mặt các ion không thấm qua màng (như protein mang điện), các ion di
động (Na , K , Cl ) sẽ phân bố bất đối xứng để đảm bảo điện trung hòa.⁺ ⁺ ⁻ Hệ
quả: tạo điện thế màng, làm thay đổi áp suất thẩm thấu nội bào. 3. Lọc
Khái niệm: Là hiện tượng dung dịch đi qua màng dưới tác dụng của áp lực thủy tĩnh, các
hạt lớn hơn lỗ màng sẽ bị giữ lại.
Đặc điểm:
Cơ chế vận chuyển phụ thuộc vào chênh lệch áp suất, không phụ thuộc gradient nồng độ. 4. Siêu lọc
Khái niệm: Là quá trình dung môi và chất tan nhỏ đi qua màng bán thấm dưới tác dụng
của áp suất thủy tĩnh hoặc áp suất khác, còn đại phân tử bị giữ lại.
Điều kiện:
Phụ thuộc vào áp suất thủy tĩnh, áp suất keo, và tính chất bán thấm của màng.
Ứng dụng sinh học:
Xảy ra trong cầu thận → hình thành nước tiểu đầu.
Nguyên lý của thận nhân tạo (lọc máu). lOMoAR cPSD| 39651089
TRÌNH BÀY CƠ CHẾ KHUẾCH TÁN THEO ĐỊNH LUẬT FICK
Định luật Fick mô tả cơ chế khuếch tán, trong đó các chất di chuyển từ nơi có nồng độ cao hơn
đến nơi có nồng độ thấp hơn. Định luật này có hai dạng chính: định luật Fick thứ nhất và định
luật Fick thứ hai, liên quan đến thông lượng khuếch tán và gradient nồng độ.
Định luật Fick thứ nhất:
Mô tả khuếch tán ở trạng thái ổn định, khi gradient nồng độ không thay đổi theo thời gian.
Nói rằng thông lượng khuếch tán (lượng chất di chuyển qua một diện tích nhất định
trong một đơn vị thời gian) tỷ lệ thuận với gradient nồng độ.
Công thức: M=D⋅A⋅ΔxΔC⋅Δt trong đó:
J là thông lượng khuếch tán (mol/m².s).
D là hệ số khuếch tán (m²/s), đặc trưng cho khả năng khuếch tán của chất trong môi trường.
dC/dx là gradient nồng độ (mol/m ), thể hiện sự thay đổi nồng độ theo khoảng ⁴ cách.
Dấu trừ cho thấy khuếch tán xảy ra theo chiều giảm của nồng độ.
Định luật Fick thứ hai:
Mô tả khuếch tán ở trạng thái không ổn định, khi gradient nồng độ thay đổi theo thời gian.
Liên hệ sự thay đổi nồng độ theo thời gian với đạo hàm bậc hai của nồng độ theo không gian.
Công thức: ∂C/∂t = D * (∂²C/∂x²), trong đó:
∂C/∂t là tốc độ thay đổi nồng độ theo thời gian.
∂²C/∂x² là đạo hàm bậc hai của nồng độ theo không gian.
Cơ chế khuếch tán:
Khuếch tán xảy ra do sự chuyển động nhiệt ngẫu nhiên của các phân tử.
Các phân tử liên tục va chạm và di chuyển theo các hướng khác nhau.
Do sự chênh lệch nồng độ, có xu hướng di chuyển từ vùng nồng độ cao sang vùng nồng
độ thấp để đạt trạng thái cân bằng. lOMoAR cPSD| 39651089
Trong quá trình này, các phân tử có thể di chuyển qua các khoảng trống trong mạng
tinh thể (khuếch tán thay thế) hoặc xen giữa các phân tử khác (khuếch tán kẽ).
Sự khuếch tán có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ, áp suất, tính chất của
chất khuếch tán và môi trường. Hiện tượng khuếch tán
KHUẾCH TÁN KHÔNG QUA MÀNG
Về cơ bản thì đây là quá trình các phân tử di chuyển từ nơi có nồng độ cao tới nơi có nồng độ
thấp mà không thông qua bất kì màng nào. Có thể nói đây là hiện tượng khuếch tán thuần túy nhất.
Tốc độ khuếch tán sẽ phụ thuộc vào khối lượng và hình dạng của phân tử, độ nhớt của dung
môi và nhiệt độ của dung dịch. Ngoài các yếu tố trên thì tốc độ khuếch tán chịu ảnh hưởng của
gradient nồng độ và diện tích màng nơi vật thấm qua.
Công thức áp dụng 2.2
KHUẾCH TÁN QUA MÀNG XỐP THẤM TỰ DO
Đây là hiện tượng khuếch tán xảy ra khi có màng ngăn cách giữa các pha khuếch tán. Màng
xốp thấm tự do là những màng có lỗ với đường kính rất lớn so với đường kính phân tử khuếch tán.
Chính vì phần diện tích để các phân tử đi qua bây giờ chỉ là tổng diện tích của các lỗ màng nên
quá trình khuếch tán sẽ diễn ra chậm hơn
Khi đó công thức được áp dụng sẽ là 2.7
Khi lỗ màng lớn hơn nhiều lần so với kích thước phân tử chất tan → màng hầu như không ảnh
hưởng → tốc độ khuếch tán tương đương với khuếch tán trong dung dịch không màng.Nhưng
khi kích thước lỗ màng xấp xỉ hoặc chỉ lớn hơn chút ít so với phân tử chất tan → tốc độ khuếch
tán sẽ bị giảm, do các phân tử va chạm và ma sát với thành lỗ màng.
Khuếch tán không qua màng chính là dạng chuẩn, thuần túy nhất, nó
cho chúng ta thấy rõ được sự di chuyển,xen lẫn vào nhau là dựa trên gradient nồng độ.
Khuếch tán qua màng xốp thấm tự do thì về cơ bản 2 cái này tựa tựa
nhau nhưng khác biệt ở chỗ là tốc độ khuếch tán có thể bị ảnh hưởng bởi
kích thước của lỗ màng. Và trong trường hợp lỗ màng lớn hơn nhiều so
với kích thước phân tử thì kết quả sẽ gần giống như khuếch tán không màng.
Link dẫn chứng cho 2 định luật Fick: https://en.wikipedia.org/wiki/Fick %27s_laws_of_diffusion
GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG THẨM THẤU VÀ VAI TRÒ CỦA CÂN BẰNG GIBBSDONNAN
Ở trên t có nói qua về cái thẩm thấu rồi nhưng mà ở phần này sẽ nói rõ hơn chút alr? lOMoAR cPSD| 39651089
Hiện tượng thẩm thấu là khi hai dung dịch được ngăn cách bởi các màng lọc, chứa nồng độ
chất tan khác nhau thì phần tử dung môi sẽ đi từ nơi có nồng độ chất tan thấp( nhược
trương) đến nơi có nồng độ chất tan cao(ưu trương) hơn và liên tục diễn ra cho đến khi
nồng độ chất tan ở hai dung dịch là bằng nhau.
Quá trình này diễn ra rất nhanh để cân bằng các nồng độ chất lỏng, nó thường được diễn ra
tự động và không cần tiêu thụ năng lượng.
Cân bằng Gibbs-Donnan, còn được gọi là cân bằng Donnan, là một hiện tượng xảy ra khi
một màng bán thấm ngăn cách hai dung dịch, trong đó một dung dịch chứa các ion không
khuếch tán (ví dụ: protein tích điện âm) và các ion khuếch tán (ví dụ: Cl-, Na+, K+). Sự hiện
diện của các ion không khuếch tán tạo ra sự phân bố không đều của các ion khuếch tán ở
hai bên màng, dẫn đến sự khác biệt về nồng độ ion và điện thế.
Cái trên nó hơi khó hiểu chút nhưng mà để tóm tắt lại thì tức là nó như này :v
Thì ở trên mik có ns về cái thẩm thấu với khuếch tán rồi đó, thì khi có 1 ion ngẫu nhiên nào
đó không thấm qua lớp màng được thì người ta sẽ dùng cái hiện tượng cân bằng này để mô
tả cái sự phân bố của tụi ion này.
Và cái này nó sẽ một phần giải thích cho hiện tượng chênh lệch ion ở 2 màng ( tức là hiện
tượng chênh lệch điện thế màng) á Vai trò chính của cân bằng Gibbs-Donnan:
Điều chỉnh áp suất thẩm thấu:
Cân bằng Gibbs-Donnan giúp duy trì sự cân bằng áp suất thẩm thấu giữa hai bên màng,
ngăn ngừa sự co hoặc phồng của tế bào.
Tạo điện thế màng:
Sự phân bố không đều của các ion tạo ra một điện thế màng, còn được gọi là thế
GibbsDonnan, có vai trò quan trọng trong hoạt động của tế bào thần kinh và cơ.
Điều hòa sự hấp thụ và bài tiết ion:
Cân bằng Gibbs-Donnan ảnh hưởng đến sự di chuyển của các ion qua màng, giúp điều hòa
quá trình hấp thụ và bài tiết ion của tế bào.
Ảnh hưởng đến sự phân bố thuốc:
Sự phân bố của thuốc trong cơ thể cũng có thể bị ảnh hưởng bởi cân bằng Gibbs-Donnan,
đặc biệt là các loại thuốc có khả năng liên kết với protein.
LIÊN HỆ CƠ CHẾ DUY TRÌ ÁP SUẤT THẨM THẤU VÀ CÂN BẰNG ION TRONG TẾ BÀO
Cơ chế duy trì áp suất thẩm thấu:
Thẩm thấu:Nước di chuyển qua màng tế bào từ nơi có nồng độ chất tan thấp (thể tích
nước cao) đến nơi có nồng độ chất tan cao (thể tích nước thấp). lOMoAR cPSD| 39651089
Áp suất thẩm thấu:Là áp suất cần thiết để ngăn chặn sự di chuyển của nước qua màng bán thấm.
Điều hòa áp suất thẩm thấu:Các tế bào và cơ thể điều chỉnh áp suất thẩm thấu bằng cách
điều hòa lượng nước và các chất tan (như ion, glucose) trong dịch tế bào và máu.
Ví dụ:Khi cơ thể mất nước do đổ mồ hôi, thận sẽ tăng cường tái hấp thu nước để giữ
nước cho cơ thể và tăng cảm giác khát để uống nước, giúp cân bằng lại áp suất thẩm thấu. Cân bằng ion:
Ion trong tế bào: Các ion như Na+, K+, Cl-, Ca2+ có vai trò quan trọng trong hoạt động
của tế bào, như dẫn truyền xung thần kinh, co cơ, điều hòa enzyme.
Cân bằng ion: Tế bào duy trì nồng độ ion thích hợp trong dịch tế bào bằng cách sử dụng
các protein vận chuyển trên màng tế bào (bơm ion, kênh ion) để đưa ion ra vào tế bào.
Ví dụ: Bơm natri-kali (Na+/K+ ATPase) giúp duy trì nồng độ ion natri thấp và nồng độ
ion kali cao trong tế bào, cần thiết cho hoạt động của tế bào thần kinh và cơ.
Áp suất thẩm thấu và cân bằng ion trong tế bào có mối liên hệ mật thiết với nhau, cùng tham
gia vào quá trình điều hòa nội môi, đảm bảo môi trường bên trong tế bào ổn định để tế bào
hoạt động bình thường. Mối liên hệ:
Áp suất thẩm thấu và cân bằng ion:
Sự thay đổi nồng độ ion trong tế bào có thể ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu và ngược lại. Ví dụ:
Khi nồng độ muối (NaCl) trong máu tăng, áp suất thẩm thấu trong máu tăng, thận sẽ tăng
cường thải muối và nước để đưa áp suất thẩm thấu về bình thường. Vai trò của gan:
Gan đóng vai trò quan trọng trong cân bằng nội môi, điều hòa nồng độ glucose và các chất
hòa tan trong máu, từ đó ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu và cân bằng ion.
Ở phần này thì do dùng từ ngữ nó hơi hàn lâm nên t sẽ lấy 1 cái khái niệm sẽ quen thuộc
hơn mà mik đc học ở cấp 3 rồi là cái cân bằng nội môi nha https://loigiaihay.com/can-
bang-noi-moi-c70a16346.html Thì để giải thích dễ hiểu hơn thì nó sẽ như này:
Do ảnh hưởng của Gibbs-Donnan nên áp suất thẩm thấu nội bào thường cao hơn ngoại bào,
nên nếu không có cơ chế điều hòa, tế bào sẽ trương to và vỡ. ( Do Gibbs-Donnan làm tăng
xu hướng hút nước vào trong tế bào và vô tình điều này làm cho áp suất thẩm thấu ở nội
bào với ngoại bào chênh lệch)
Thì khi đó tế bào sẽ cân bằng cái áp suất thẩm thấu này bằng việc bơm các ion vào để nhằm
giảm ion nội bào, hạ cái áp suất thẩm thấu này xuống hay nói cách khác là việc bơm ion sẽ lOMoAR cPSD| 39651089
giúp ổn định lại tế bào. ( Còn việc bơm ion thì đơn giản là chống lại xu hướng hút nước do Gibbs-Donnan gây ra)
Và nhờ với việc phối hợp liên tục với nhau giữa việc cân bằng ion vs duy trì áp suất thẩm
thấu nên tế bào duy trì được thể tích ổn định, điện thế nghỉ và các quá trình điện sinh lý.
Và mik có thể liên hệ cái này tới gan với thận tại về bản chất thì áp suất thẩm thấu-ion nó
tựa tựa như gan-thận ấy.