Диффузионный потенциал

Протекание многих биологических процессов связано с из­менением концентраций (активностей) ионов в клетках и тка­нях живых организмов. Неравномерное распределение ионов в какой-либо жидкой среде обычно приводит к их направленному движению и возникновению диффузионного потенциала.

Диффузионным потенциалом называется потенциал, возникающий на границе раздела двух растворов, содер­жащих один и тот же электролит различной концентрации, или двух растворов разных электролитов вслед­ствие различия в подвижности их катионов и анионов.

Рассмотрим процесс, протекающий на границе двух растворов соляной кислоты разной концентрации: (рис. 25.5).

Рис. 25.5. Возникновение диф­фузионного потенциала

При соприкосновении рас­творов ионы Н⁺ и Сl- из бо­лее концентрированного рас­твора благодаря диффузии будут перемещаться в разбав­ленный раствор. Поскольку известно (разд. 24.2), что подвижность ионов Н⁺ зна­чительно больше, чем ионов Сl-, то в разбавленный рас­твор в единицу времени ио­ нов Н⁺ переместится больше, чем ионов Сl-. В результате этого разбавленный раствор у поверхности раздела зарядится положи­тельно за счет более быстрых ионов Н⁺, а концентрированный рас­твор - отрицательно за счет медленных ионов Сl-. Таким образом, на границе раздела двух растворов НСl образуется ДЭС, который постепенно движется в сторону разбавленного раствора и сущест­вует до тех пор, пока концентрации ионов не выровняются по всему объему и не исчезнет их направленное движение.

Двойной электрический слой, образовавшийся на границе раз­дела двух растворов электролитов, имеющих одинаковые по ве­личине заряды катиона и аниона (НСl, KN0₃, CuS0₄), характе­ризуется диффузионным потенциалом ф_д, который можно рас­считать по следующему уравнению:

где и°(+) и и°(-) — подвижности катионов и анионов, м²/(В • с); с₁, с₂ - кон­центрации электролита в соприкасающихся растворах, моль/л.

Величина ф_д обычно невелика и не превышает 0,1 В. Если под­вижности катионов и анионов близки то ф_д -> 0. В галь­ванических цепях величину диффузионного потенциала, возника­ющего на границе растворов, сводят к нулю, применяя для электролитического мостика растворы таких электролитов, у которых подвижности ионов примерно одинаковы: КСl, KNO3, NH₄N0₃.

В биологических системах диффузионный потенциал прояв­ляется при механическом повреждении клеток. Из места по­вреждения ионы перемещаются в межклеточную жидкость, в результате возникает диффузионный потенциал.