Gradient electroquímic

El concepte de gradient electroquímic combina el concepte matemàtic de gradient en els conceptes físics i químics de potencial elèctric i de potencial químic (concentració). Bàsicament indica quin és la direcció en la que canvia més ràpidament la concentració i el potencial elèctric d'una solució no homogénea; açò és important perque una partícula d'una substància qualsevol en una certa càrrega en solució es mourà tractant de seguir la direcció de major gradient electroquímic, anant des d'a on eixa substància en particular es troba més concentrada cap a on està més diluïda i des d'a on té major potencial elèctric cap a on té menor potencial elèctric.

Conceptualización

Gradient

Artícul principal → gradient.

Un gradient és, bàsicament, una série de vectorés associats a determinats punts de l'espai (camp vectorial), que indiquen quins són les direccions de major canvi en un camp escalar (açò és una série de punts en l'espai en determinats valors escalares associats).

Per a entendre el cas particular del potencial electroquímic es pot pensar en principi en un mapa de llínees de nivell d'una zona geogràfica determinada, est serà el nostre "camp"; a on a cada coordenada espacial (latitut, llongitut) se li associa una determinada altura (valor escalar). el gradient seria com una série de fleches paraleles (tangentes en realitat) a la superfície que indicarien que direcció s'inclina més eixa superfície.

I aproximant-nos encara més, podem imaginar-nos una habitació lo suficientment gran (camp tridimensional), en la que hi ha un gas desigualment distribuït. En les zones a on hi ha més gas la pressió (valor escalar) eixercida pel mateix és major que en les zones a on hi ha menys gas. Ací podem imaginar-nos el gradient de pressió com a fleches que indiquen les direccions en les quals hi ha major diferència de pressió dins de l'espai tridimensional de l'habitació.

Gradient de concentració

Artícul principal → Gradient de concentració.

Si tirem un chicotet cristal de sucre dins d'un got que conté aigua, podem vore que el principi el cristal sembla no experimentar canvis, pero si esperem un temps suficientment llarc, el cristal es dissol completament i es pot demostrar que les molèculas de sucre s'han distribuït uniformemente dins del volum del líquit. Entre la situació inicial i la final existix tot un procés durant el qual les molècules de sucre es troben desigualment distribuïdes dins del volum del líquit. Prop de la superfície del cristal hi ha una gran cantitat de molècules de sucre en relació en la cantitat de molècules d'aigua (alta concentració); mentres que llunt de la superfície del cristal hi ha molt poques molècules de sucre (baixa concentració) entre abdós punts existix tot un vaig degradar de concentracions. En este escenari existix un gradient efectiu de concentració entre la zona propenca al cristal de sucre i la zona més alluntada. El concepte de gradient és important per a comprendre com és que a pesar de que el moviment de cada una de les molècules de sucre dins del líquit és aleatori, existix un fluix net de molècules (difusió) des de la zona més propenca al cristal cap a les zones més alluntades. Açò que és simplement una conseqüència estadística de la suma d'un gran número de moviments aleatoris, es produïx seguint les llínees de major diferència de concentració, és dir d'acort al gradient de concentració del sucre dins de la solució.

Generalitats

El potencial electroquímic és important en la química electroanalítica i en l'indústria, en la qual té diverses aplicacions (bateries, piles de combustible…). Constituïx una de les moltes maneres d'intercanvi d'energia potencial en les quals l'energia es conserva.

En els processos biològics, la direcció dels moviments iònics realisats per difusió o transport actiu a través d'una membrana està determinada pel gradient electroquímic. En les mitocondrias i els cloroplastos, els gradient de protones s'utilisen per a generar un potencial quimiosmótico (que és també conegut com a força motriu protónica). Esta energia potencial és utilisada per a la síntesis d'ATP a través de la fosforilación oxidativa.

Un gradient electroquímic està constituït per dos components. En primer lloc, el component elèctric, el qual s'origina per la diferència de càrregues a través de la membrana lipídica. En segon lloc, el component químic és per la diferència de concentració d'ions a abdós costats de la membrana. La combinació d'estos dos factors determina la favorable direcció termodinàmica per al moviment d'un ion a través de la membrana.

El gradient electroquímic és anàlec a la pressió hidrostàtica a través d'una assut hidroelèctric. Proteïnes de transport de membrana, tals com la bomba de sodi-potassi, són equivalents a les turbines que convertixen l'energia potencial de l'aigua en atres formes d'energia física o química i els ions que travessen la membrana són equivalents a l'aigua que termina en la part inferior de l'assut. Ademés, l'energia pot ser utilisada per a bombejar l'aigua fins al llac que es troba damunt de l'assut. De modo similar, l'energia química de les cèlules pot ser utilisada per a crear gradient.