leggi dell'equilibrio di Donnan
leggi dell’equilibrio di Donnan
Quando una fase liquida α in cui è dissolta una specie chimica A è posta in contatto con una seconda fase liquida β si crea un gradiente di potenziale chimico tra le due fasi che porta alla diffusione di A da α in β. Il processo prosegue fino al raggiungimento di un punto di equilibrio in cui il rapporto della concentrazione di A nelle due fasi è costante. Un caso particolare di equilibrio interfasico si verifica quando in una delle due fasi liquide sia presente uno ione impossibilitato a diffondere nell’altra fase. Tale situazione si verifica, per es., nei sistemi biologici quando le due fasi liquide sono separate da una membrana selettiva che permette solo il passaggio di alcuni ioni. La selettività può essere determinata tanto dal raggio molecolare dello ione che viene bloccato, che può non essere in grado di attraversare pori di ridotte dimensioni, quanto dalla carica dello ione qualora la membrana contenga gruppi carichi come elemento costituente (per es., il gruppo carbossilico COO−), che interagiscono quindi in modo repulsivo con ioni di carica opposta. Tale blocco alla diffusione di uno ione ne determina un accumulo sistematico in una delle due fasi che influirà sul processo di diffusione degli altri ioni in modo significativo. L’equilibrio interfasico che si viene a creare in questa situazione è stato studiato in modo approfondito dal chimico inglese Frederick G. Donnan nei primi decenni del XX secolo. Donnan dimostrò come, in presenza di una membrana impermeabile al passaggio di una determinata specie ionica, si venga a creare tra le due soluzioni una differenza di potenziale elettrico che è direttamente correlata alla concentrazione degli ioni in soluzione e alla concentrazione di particelle cariche nella membrana. Egli fu inoltre in grado di trovare un’espressione che permette di calcolare la concentrazione degli ioni che si trovano ai lati opposti della membrana. I potenziali di membrana giocano un ruolo fondamentale nel regolare il trasferimento di ioni attraverso le membrane cellulari, e quindi nel regolare i complessi meccanismi chimici di funzionamento delle cellule.