INGENIERÍA EN BIOTECNOLOGÍA

¿Para qué sirve la difusión?

BIOQUIMICA

Alumno: Rosa María Guadalupe Gutiérrez PanalesMatrícula: AL12535518

Docente:Ángel Gabriel Hernández

La difusión aparece como consecuencia de la no-existencia de equilibrio químico.

El equilibrio químico tiene dos aspectos: en primer lugar supone la existencia de equilibrio interno. Esto es ausencia de transformaciones químicas, y lo que habitualmente consideramos como equilibrio químico, cuya condición es la siguiente: S ni mi = 0. Si el sistema no se encuentra en equilibrio químico evolucionará mediante una reacción química hacia una situación de equilibrio.

Existen dos tipos de mecanismos de difusión, los cuales se presentan según el estado en el que se encuentre la materia, para:

I. Gases II. Líquidos (fluidos)

El movimiento aleatorio (Browniano Browniano), en los gases este movimiento es relativamente veloz, como puede apreciarse por el rápido avance de los olores desprendidos al cocinar o el de las partículas de humo.

Los movimientos de los átomos de los líquidos son, en general, más lentos que los de los gases, como se pone en evidencia en el movimiento de las tintas que se disuelven en agua líquida

En la célula se lleva a cabo el transporte de membrana donde existen difusiones de dos tipos:

I. Difusión simple II. Difusión facilitada

La membrana celular desempeña diversas funciones esenciales para la vida de la célula. Una de más importantes es la de asegurar la transferencia de sustancias y de información entre células de vecindad o incluso lejanas en el espacio pero relacionadas funcionalmente.

Transporte pasivo

Ocurre a favor de gradiente y sin consumo de energía metabólica. Este mecanismo permite el paso por difusión de sustancias a través de la membrana de forma aleatoria, solas o en combinación con una proteína transportadora. El transporte pasivo o difusión puede ser de dos tipos:

I. Difusión simple Se entiende el paso de moléculas de la zona más concentra hacia la zona menos concentrada; así, se pueden desplazar cualquier cantidad de sustancia. La velocidad de la difusión depende del tamaño de las partículas, de su carga eléctrica, de la concentración y de la solubilidad.

Esta difusión se produce sin el requerimiento de energía térmica de la materia, es decir las moléculas al tener movimiento azaroso, se dispersan hasta alcanzar una distribución uniforme. Este transporte es el más simple y favorece a las moléculas sin carga (neutras), pues el flujo neto o tasa de difusión se da por la ley de Fick. Este tipo de difusión se basa directamente con en el gradiente de concentración.La ley de Difusión de Fick toma en cuenta ciertos parámetros para determinar el nivel de difusión de una especie dada:

Magnitud de gradiente: un mayor gradiente acelera la difusión Superficie de difusión

Difusividad másica entre A y B, definida para una especie A difundiéndose en una especie B.

Difusión en sólidos

La difusión en sólidos es de gran importancia para muchos procesos como la preparación de aleaciones y cerámicas con determinadas propiedades, y en general para que pueda producirse las reacciones en estado sólido. Por este motivo es de gran importancia conocer cómo se produce este fenómeno y así poder desarrollar métodos que permitan adaptarlo a cada caso en concreto.

En los sólidos, estos movimientos de difusión están restringidos, debido a los enlaces que mantienen los átomos en las posiciones de equilibrio.

Sin embargo, las vibraciones térmicas permiten que algunos de ellos se muevan. La difusión atómica en metales y aleaciones es particularmente importante considerando el hecho de que la mayor parte de las reacciones en estado sólido llevan consigo movimientos atómicos.

La difusión solida puede darse por vacancias o  por difusión intersticial. 

Difusión por vacancias: En esta difusión los átomos pueden moverse en las redes cristalinas desde una posición a otra si hay suficiente energía de activación proporcionada por la vibración térmica de los átomos, y si hay vacancias u otros defectos cristalinos en la estructura para que ellos los ocupen.

Las vacancias en metales y aleaciones son defectos en equilibrio, a medida que aumenta la temperatura del metal, se producen más vacancias y habrá más

energía térmica disponible, por tanto, la velocidad de difusión es mayor a temperaturas elevadas.

Difusión intersticial: Tiene lugar cuando éstos se trasladan de un intersticio a otro contiguo sin desplazar permanentemente a ninguno de los átomos de la matriz de la red cristalina Para que el mecanismo intersticial sea efectivo, el tamaño de los átomos que se difunden debe ser relativamente pequeño comparado con los de la red; para que pueden difundirse intersticialmente en la mayoría de las redes cristalinas metálicas.

Sinterización

La sinterización es un tratamiento sólido de un polvo previamente compactado a una temperatura inferior a la fusión del constituyente principal en la cual sus partículas se unen por fenómenos de soldadura en estado sólido, en el proceso, la difusión atómica en estado sólido tiene lugar entre las superficies de contacto de las partículas a fin de que resulten químicamente unidas.

El proceso se divide en una serie de 4 etapas.

La obtención del polvo: se realiza mediante un proceso que se llama reducción en estado sólido donde la materia prima seleccionada es

aplastada, mezclada con carbón y pasada por un horno continuo donde reacciona. Obteniendo una mezcla la cual debe ser homogénea

La compactación: En esta etapa la mezcla es introducida a un molde y presionada hasta obtener la forma deseada.

La sinterización. Es clave para el proceso de la metalurgia de polvos. Es aquí en donde la pieza adquiere la resistencia y fuerza para realizar su función. Para describir este proceso basta con decir que ocurre una difusión atómica y las partes unidas durante el proceso de compactación se fortalecen y crecen hasta formar una pieza uniforme.

El acabado de la pieza. Las piezas que se obtienen son de refractarios de molibdeno y wolframio, ya que las altas temperaturas de fusión de estos metales solo permiten este proceso; y la obtención de cermets (materiales compuestos de una fase metálica y otra cerámica) como los basados en carbonitruro de titanio.

Esquema molecular de polvos metálicos entes de la sinterización

A la izquierda: Esquema de los polvos metálicos después de la sinterización. A la dercha: imagen de los refractarios de wolframio.molibdeno.

II. Difusión facilitadaLa mayor parte de las moléculas solubles en agua, como los iones de K, NA y Ca, algunos aminoácidos y monosacáridos, no se pueden mover por la capa lipídica. Únicamente pueden atravesar la membrana por poros especiales de proteínas.Las proteínas del canal forman poros permeables o canales que atraviesan la capa lipídica. Las sustancias mencionadas anteriormente pueden atravesar estos poros con la ayuda de dos tipos de proteínas de transporte: las proteínas portadoras y las proteínas de canal. La difusión facilitada se realiza de dos maneras:Las proteínas portadoras se unen a moléculas específicas, cambian de forma con la intervención de ATP y hacen que la proteína de un giro de 90° para dejar la sustancia en el otro lado de la membrana.Las proteínas de canal forman poros o canales permanentes en la capa lipídica, por medio de los cuales los aminoácidos de las proteínas se unen a grupos específicos desencadenando un cambio en la forma del portador, que permite que la molécula pase por la proteína. Las proteínas portadoras no utilizan la energía celular si no lo hacen a favor de una gradiente.

En el proceso de vida de la célula esta tiende buscar el equilibrio, es decir mantener el volumen celular en un parámetro deseado, este se logra mediante una adecuada cantidad de agua en el interior celular.En el caso de la bomba de sodio-potasio, los iones de potasio se encuentran fuera de la membrana y los iones de sodio dentro, dando lugar a la difusión activa, una vez que la célula tiene la misma cantidad de iones sodio-potasio dentro y fuera de ella, se dice que alcanzo un equilibrio, el cual se le llama equilibrio de Gibbs-Donnan, donde para alcanzarlo intervienen factores como:

El número de partículas osmóticamente activas del interior celular La osmolaridad del líquido extracelular La permeabilidad de la membrana celular.

El agua constituye un caso particular de difusión denominada ósmosis.

Conclusión

Dado que los seres vivos son sistemas intrínsecamente inestables y que el proceso de difusión simple impulsa a los solutos hacia el estado de equilibrio, la difusión a menudo genera desafíos para las células pero que son esenciales para sobsistir.

Pero también es de suma importancia para muchas técnicas de procesamientos de materiales, así como para muchos procesos térmicos y de mecanismos de endurecimiento utilizados para controlar la estructura y propiedades de los materiales, pues son procesos controlados por difusión.

Gracias a la difusión se pueden producir muchos materiales a partir de elementos sencillos, dando como resultado productos de resistentes y de alta calidad.

Bibliografía

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Levine, I. (1996). FISICOQUIMICA. McGraw-Hill. Pp 529-532.

Zúñiga, B. (2009). Mundo Biología 10º y 11º. Segunda Edición. Editorial Eduvisión. San José, Costa Rica. pp 43-44.

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