Ley de Fick

Dra. Elsa Ventura Zapata

Es una ley cuantitativa en forma de ecuación diferencial, la cual describe diversos casos de difusión de materia o energía en un medio en el que inicialmente no existe equilibrio químico o térmico. Recibe su nombre de Adolf Fick, que las derivó en 1855.

La ley de Fick nos dice que el flujo difusivo que atraviesa una superfice (J en mol cm -2 s -1) es directamente proporcional al gradiente de concentración. El coeficiente de proporcionalidad se llama coeficiente de difusión (D, en cm 2 s -1 ).

La primera Ley de Fick determina el flujo neto de átomos:

El signo negativo indica el movimiento de los átomos de la concentración más alta a la más baja

Criterios 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.

En situaciones en las que existen gradientes de concentración de una sustancia, o de temperatura; se produce un flujo de partículas o de calor, tiende a homogeneizar la disolución y uniformizar la concentración o la temperatura. El flujo homogenizador es una consecuencia estadística del movimiento azaroso de las partículas que da lugar al segundo principio de la termodinámica, conocido también como movimiento térmico casual de las partículas. Es así como los procesos físicos de difusión pueden ser vistos como procesos físicos o termodinámicos irreversibles.

Gradiente de concentración.

El gradiente de concentración muestra la forma en que la composición del material varía con la distancia; ∆c es la diferencia de concentración a lo largo de una distancia ∆x. El gradiente de concentración puede crearse al poner en contacto dos materiales de composición distinta cuando un gas o un líquido entra en contacto con un material sólido.

APLICACIONES

En las membranas celulares

La membrana celular, en general, se encuentra constituida por fosfolípidos,los cuales están formados por una cabeza polar hidrofílica (fosfato cargado eléctricamente) y dos colas apolares e hidrofóbicas (ácidos grasos). De acuerdo con las propiedades de los fosfolípidos, estos se organizan formando una bicapa lípidica, la cual se constituye en una barrera de protección y proceso de intercambio de sustancias con el medio externo.

La membrana celular limita el intercambio de moléculas o sustancias, puesto que presenta una permeabilidad selectiva que interviene en los procesos de transporte, los cuales pueden ser de carácter activo o pasivo. Dentro del transporte pasivo se encuentra el paso de moléculas por difusión simple y facilitada (canales o poros), que se da debido a la diferencia de concentraciones en el interior y exterior de la membrana, generando un gradiente de concentración proporcional al flujo neto, razón por la cual no requiere energía adicional.

El transporte activo, a diferencia del pasivo, se presenta a través de transportadores, los cuales requieren de energía para transportar moléculas a través de la membrana aún en contra del gradiente de concentración, un ejemplo de ello, son las proteínas que hacen parte de las membranas celulares, estas utilizan la energía proporcionada por el ATP o por los carbohidratos de la membrana para transportar moléculas.

Bibliografía• W.F. Smith, Foundations of Materials Science and Engineering 3rd

ed., McGraw-Hill (2004)

• H.C. Berg, Random Walks in Biology, Princeton (1977)

• R.B. Bird, W.E. Stewart, E.N. Lightfoot, Transport Phenomena, John Wiley & sons, (1976)

• J. Crank, The Mathematics of Diffusion, Oxford University Press (1980)

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