L'acqua e l'organismo

La diffusione è un fenomeno familiare. Se spargiamo alcune gocce di profumo in un angolo di una stanza, l'odore diffonderà dappertutto anche in assenza di correnti d'aria. Se versiamo alcune gocce di colorante in un punto qualsiasi di un recipiente di vetro pieno d'acqua, le molecole del colorante si distribuiranno lentamente in tutto il recipiente. Il processo può impiegare un giorno o più, a seconda della grandezza del recipiente, della temperatura e delle dimensioni relative delle molecole. Perché le molecole del colorante si distribuiscono nel recipiente? Se potessimo seguire il percorso delle singole molecole vedremmo che ognuna si muove individualmente e a caso. Osservare ogni singola molecola, la sua velocità di movimento o la sua direzione non aiuta a capire la posizione di quella molecola rispetto alle altre. Allora in che modo le molecole di colorante si spostano da una parte all' altra del recipiente? Immaginiamo di poter vedere una sottile sezione verticale del recipiente. Le molecole di colorante attraverseranno questa sezione nei due sensi, alcune in una direzione, altre nell' altra, ma si vedranno più molecole di colorante passare dalla zona in cui la concentrazione di colorante è maggiore, alla zona in cui essa è minore. Perché? Semplicemente perché in una delle due parti del recipiente ci sono più molecole di colorante. Se ci sono più molecole di colorante a sinistra, più molecole, muovendosi a caso, passeranno verso destra, pur essendo uguale la probabilità che ogni singola molecola di colorante si sposti da destra a sinistra. Ne consegue che il movimento netto di molecole di colorante sarà da sinistra verso destra. Analogamente, se potessimo osservare il movimento di ciascuna molecola d'acqua nel recipiente, vedremmo che il movimento netto delle molecole d'acqua è da destra a sinistra. Le sostanze che si spostano da una regione in cui la concentrazione delle loro molecole è maggiore a una regione in cui la concentrazione è minore si muovono secondo gradiente. (Una sostanza che si sposta nella direzione opposta, verso una concentrazione maggiore delle proprie molecole, si muove contro gradiente, il che equivale a spingere qualcosa dal basso verso l'alto.) La diffusione avviene soltanto secondo gradiente. Tanto più grande è la differenza di concentrazione, cioè tanto più alto è il gradiente, tanto più veloce è la diffusione. Nel nostro ipotetico recipiente ci sono due gradienti, quello delle molecole del colorante e quello delle molecole d'acqua: le molecole di colorante si muovono in una direzione, secondo il loro gradiente, e le molecole d'acqua si muovono in direzione opposta, secondo il loro gradiente. In ogni caso, le molecole passano da una regione con energia potenziale maggiore a una regione con energia potenziale minore.Che cosa succede quando tutte le molecole sono uniformemente distribuite nel recipiente? La distribuzione uniforme non influisce sul comportamento delle singole molecole; esse continueranno ancora a muoversi a caso e poiché i movimenti sono casuali, tante molecole andranno verso destra quante ne andranno verso sinistra. Ma poiché ora c'è un ugual numero di molecole di colorante e di acqua da entrambe le parti del recipiente, non c'è alcun movimento netto né di acqua né di colorante; c'è ancora, tuttavia, un movimento casuale proprio come prima, posto che la temperatura non sia cambiata. Quando le molecole hanno raggiunto uno stato di distribuzione eguale, cioè quando non ci sono più gradienti, si dicono in equilibrio dinamico. Le caratteristiche essenziali della diffusione sono: 1) ogni molecola, o ione, si muove indipendentemente dalle altre e 2) questi movimenti sono casuali. Il risultato netto della diffusione è che le sostanze che diffondono si distribuiscono uniformemente.