Concentratiegradiënt

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

Een concentratiegradiënt is een toestand waarbij de concentratie in of de samenstelling van een mengsel niet overal gelijk is. Er is met andere woorden een gradiënt van de concentratie in de oplossing.

Het voorkomen van concentratiegradiënten is vanuit thermodynamisch oogpunt ongunstig: concentratiegradiënten stellen namelijk een hogere energietoestand voor in vergelijking met de evenwichtstoestand. Wanneer het systeem deze mogelijkheid heeft, zal er volgens het principe van Le Chatelier uitwisseling van moleculen of ionen optreden tussen de verschillende plaatsen in de oplossing totdat de samenstelling overal gelijk is. Naast de aard van het mengsel spelen concentratiegradiënten een belangrijke rol in de beschrijving van het verschijnsel diffusie. Hoe groter een concentratiegradiënt op een bepaalde plaats is, hoe sneller er diffusie zal optreden.

In oplossingen varieert de concentratie meestal continu tussen de twee extremen van de concentratiegradiënt. Uitwisseling van ionen of moleculen kan evenwel onmogelijk zijn door de aanwezigheid van een semi-permeabel membraan. Hierdoor is de concentratiegradiënt of het verschil in samenstelling vrij groot ter hoogte van het membraan.

Concentratiegradiënten vinden praktische toepassingen bij het scheiden van stoffen. Ze kunnen echter ook ongewenst zijn: zo kunnen bijboorbeeld bij het uitvoeren van reacties nevenreacties ontstaan door een plaatselijk onevenwicht in het reactiemengsel.

[bewerk] Biologie

Een cel is voortdurend in verandering. Als ze perfect in evenwicht zou zijn met zijn omgeving, dan is een cel niet te onderscheiden van de dode omgeving. Leven is met andere woorden inherent gelijk aan het onderhouden van een toestand die niet in evenwicht is met zijn omgeving. In de biologie spelen concentratiegradiënten dan ook een belangrijke rol. Zo kan een organisme een concentratiegradiënt aanleggen om transport van stoffen te realiseren, bijvoorbeeld bij de opname van bepaalde voedingsstoffen.

[bewerk] Communicatie

Om reacties in het organisme op elkaar af stemmen worden door het zenuwstelsel signalen overgebracht. Elektrische pulsen worden over (biologisch gezien) grote afstanden getransporteerd. Ionen worden op een actieve wijze uitgewisseld tussen de binnenkant en de buitenkant van het celmembraan waardoor niet alleen een concentratiegradiënt, maar ook een ladingsverschil ontstaat. Op het moment dat een impuls door de zenuw moet worden doorgegeven, worden op de plek waar het signaal binnenkomt speciale kanalen in de celmembraan geopend. Aangezien de concentratie aan natriumionen in de cel veel kleiner is dan erbuiten stromen deze de cel in; waardoor het ladingsverschil wegvalt en een elektrische puls ontstaat.