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Titolo: Effetto Donnan.

Forse potrebbe sembrare O.T. e sarebbe più giustificato in un newsgroup di
chimica, ma credo, pur non seguendoli, che a loro del secondo principio
della termodinamica non interessi molto.
Sul mio testo di fisiologia sono rimasto interdetto, avevo da poco
abbandonato Fisica per passare a Medicina, quando lessi di questo effetto.
Serve a spiegare la formazione del potenziale di membrana delle cellule ed
in particolare di quelle nervose.
In parole povere dice che essendoci all'interno della cellula una
concentrazione proteica superiore a quella che si trova all'esterno, nei
liquidi interstiziali, ed essendo le proteine in media elettronegative (nel
senso che contengono molti ioni positivi che si dissociano in acqua
abbandonandole), ed essendo la membrana cellulare permeabile a questi ioni,
e non alle proteine, la distribuzione delle cariche fa sì che vi sia una
differenza di potenziale elettrico tra l'interno e l'esterno della cellula,
che si instaura automaticamente, con l'interno negativo rispetto
all'esterno.
Da ex-fisico, mi domandai subito come venisse misurata, a circuito chiuso o
a circuito aperto, risposta: anche a circuito chiuso.
Il problema era che, dato che si poteva misurare anche a circuito chiuso,
passava una corrente, che per una ddp e per un tempo fa energia, che
qualcuno doveva produrre.
Chi?
Mi proposi un esperimento ideale in cui una macromolecola proteica
elettronegativa si scinde in Macr- ed Na+, l'ambiente acquoso comunica
tramite una membrana semipermeabile con un secondo ambiente acquoso privo di
soluti. (Per la differenza di pressione osmotica si può provvedere ad
equilibrarla tramite l'aggiunta nel secondo reparto di una Macr neutra).
La membrana lascia passare gli Na+ ma non le Macr-.
Quello che sostiene Donnan, ed è vero, è che gli ioni Na+ tendono a
diffondere al di là della membrana fino a che si instaura una situazione di
equilibrio con la ddp che nel far questo generano (perché le cariche
positive invece non diffondono) e che li spinge a rientrare.
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Non so se qualcuno di voi a questo punto comincia a percepire il diavoletto
di Maxwell.
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La domanda da porsi è:
Cosa succede quando immergo i puntali del tester ai due lati della membrana
onde misurare tale ddp?
(e vi garantisco  che si misura)
Ammettiamo che i puntali non reagiscano, e che non reagisca neanche Macr-.
Poniamo a sinistra la zona con la Macr- e a destra quella senza.
Perché ci sia passaggio di corrente nel tester, gli ioni Na+ a destra devono
acquisire un elettrone dal puntale, trasformandosi in Na neutro che reagisce
con un H+ a cui cederà l'elettrone, liberando un H neutro al puntale che si
svolgerà come gas. (qui ho abbreviato ma il risultato è questo).
A sinistra Macr- dovrà cedere un elettrone trasformandosi in Macr neutra che
reagirà con un OH- dell'acqua rubandogli l'elettrone.
OH ormai diventato neutro, si combinerà col prossimo OH neutro, dando H2O e
liberando un O che si svolgerà al puntale sinistro.
Il totale delle due reazioni sarà la scomposizione dell'acqua in idrogeno ed
ossigeno, avvenuta non endotermicamente ma ,addirittura, con creazione di
energia, assorbita dal tester.
Ma questo non contraddice il secondo principio della termodinamica bensì il
primo.
Non crediate che a me una simile eventualità possa piacere, per questo
continuo l'analisi.
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Lo vedete adesso il diavoletto di Maxwell?
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Chi può fornire energia al sistema?
Ho asserito che si ha la scomposizione dell'acqua, ma non sono stato
preciso, l'acqua che si è trasformata in idrogeno ed ossigeno, era già
scissa in soluzione sotto forma di H+ e OH-, avrei dovuto dire più
precisamente che gli ioni dell'acqua hanno prodotto idrogeno ed ossigeno.
Quindi nell'acqua gli ioni sono diminuiti, ma non possono farlo, perché il
prodotto ionico è fisso, cioè se alcuni se ne vanno via altri prendono il
loro posto.
E dove prendono l'energia le molecole dell'acqua per potersi scindere?
Dagli urti molecolari.
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credo che adesso il diavoletto di Maxwell sia splendente come il sole per
chiunque.
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Riassumendo, la presenza a sinistra di uno ione non diffusibile (macr-)
insieme ad uno ione diffusibile (Na+) produce una ddp ai lati della membrana
semipermeabile, e la misurazione della stessa sotto forma di corrente, fa sì
che l'equilibrio venga interrotto con la riduzione a gas degli ioni H+ e OH-
presenti nell'acqua e col loro ripristino a spese dell'agitazione molecolare
dell'acqua, e cioè dell'energia interna del sistema.
Ciao ragazzi, e mi raccomando, riservatemi una piccola royalty in caso di
utilizzo industriale.
Se sono pazzo ditemelo pure, senza riserve.
Prima o poi lo verrei a sapere comunque.
Di nuovo, ciao, Mauro.

Ti risulta che gli ioni Na+ siano sensibili al variazioni del flusso
magnetico,
 e che sia possibile influenzare la loro azione sulle membrane permiabili?
Questo potrebbe avere una seria implicazione industriale.
Max

 energia, assorbita dal tester.
 Non solo questo: per ogni elettrone trasferito rimane un H+ addizionale
a sx e un OH- addizionale a dx (addizionale, s'intende, rispetto alla
condizione d'equilibrio). Il primo e' attratto dagli anioni a sx e il
secondo dai cationi a dx, col risultato di schermarli. Dopo un numero
sufficiente di trasferimenti elettronici la ddp scompare e la reazione
si ferma.
 Questo e' sufficiente a salvare la 2a legge della termodinamica:
ricordo che per violarla e' necessaria una trasformazione che abbia come
*unico* risultato la trasformazione di calore in lavoro (o
equivalentemente una trasformazione ciclica che converta tutto il calore
in lavoro), che non e' il caso qui.
-- 
To reply, replace "smartassi@triste" with "smargiassi@trieste"
in my e-mail address
Enrico Smargiassi
http://www-dft.ts.infn.it:6163/~esmargia

Max ha scritto nel messaggio
-Ti risulta che gli ioni Na+ siano sensibili al variazioni del flusso
-magnetico,
- e che sia possibile influenzare la loro azione sulle membrane permiabili?
Probabilmente non lo so, ma non ho capito bene la domanda, se puoi essere
più caro vedrò se sono in grado di risponderti.
A questo proposito vorrei dire che mi è arrivata in mail-box una lettera in
cui mi si dice che questo tipo di effetto è simile a quello delle "celle a
idrogeno"
Qualcuno di voi le conosce e può descriverle?
Ciao, Mauro.

Enrico SMARGIASSI ha scritto nel messaggio
 Non solo questo: per ogni elettrone trasferito rimane un H+ addizionale
a sx e un OH- addizionale a dx (addizionale, s'intende, rispetto alla
condizione d'equilibrio). Il primo e' attratto dagli anioni a sx e il
secondo dai cationi a dx, col risultato di schermarli. Dopo un numero
sufficiente di trasferimenti elettronici la ddp scompare e la reazione
si ferma.
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Non ho capito quando vengono prodotti, puoi spiegarti meglio?
Ciao, Mauro


 Correggimi se sbaglio, ma le reazioni sono (cito testualmente):
"A sinistra Macr- dovrà cedere un elettrone trasformandosi in Macr
neutra che
reagirà con un OH- dell'acqua rubandogli l'elettrone.
OH ormai diventato neutro, si combinerà col prossimo OH neutro, dando
H2O e
liberando un O che si svolgerà al puntale sinistro." In formule:
lato sx) 4Macr- + 4OH- + 4H+ -> 4Macr + 4e- + 4OH- + 4H+
         ->  4Macr- + 4e- + 4OH + 4H+ -> 4Macr- + 4e- + O2 + 2H2O + 4H+
"gli ioni Na+ a destra devono
acquisire un elettrone dal puntale, trasformandosi in Na neutro che
reagisce
con un H+ a cui cederà l'elettrone, liberando un H neutro al puntale che
si
svolgerà come gas." Vale a dire:
lato dx) 2Na+ + 2e- + 2H+ + 2OH- -> 2Na + 2H+ + 2OH-
         ->  2Na+ + 2H + 2OH- -> 2Na+ + H2 + 2OH-
 Gli ioni H+ e OH- (uno per e- trasferito, come si vede) mi sembrano
indispensabili per bilanciare la reazione, sia dal punto di vista delle
masse che dal quello delle cariche.
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Enrico SMARGIASSI ha scritto nel messaggio
-lato sx) 4Macr- + 4OH- + 4H+ -> 4Macr + 4e- + 4OH- + 4H+
-         ->  4Macr- + 4e- + 4OH + 4H+ -> 4Macr- + 4e- + O2 + 2H2O + 4H+
-
-lato dx) 2Na+ + 2e- + 2H+ + 2OH- -> 2Na + 2H+ + 2OH-
-         ->  2Na+ + 2H + 2OH- -> 2Na+ + H2 + 2OH-
-
- Gli ioni H+ e OH- (uno per e- trasferito, come si vede) mi sembrano
-indispensabili per bilanciare la reazione, sia dal punto di vista delle
-masse che dal quello delle cariche.
La reazione che vedo io č:
lato sx) 4OH-  -    4e-   -> 2H2O + O2  gas
lato dx) 4e-  +   4H+   -> 2H2  gas
Le altre specie chimiche o non prendono parte alla reazione, o si comportano
da catalizzatori.
Ciao, Mauro.

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 Ovviamente: ma stai attento che se qualcosa non viene messo nella
reazione non vuol dire che non esista. Ho introdotto esplicitamente le
altre specie per mettere in risalto il fatto cio' che ti era sfuggito (e
che a quanto pare continua a sfuggirti), ovvero che il trasferimento
elettronico lascia dietro di se' una carica elettrica non compensata.
D'altronde e' ovvio: se un elettrone si sposta da sx a dx la parte sx
rimarra' carica positivamente, in questo caso per la presenza di uno
ione H+. Guarda la prima delle reazioni che hai scritto: per ogni OH-
che consideri deve essere presente un H+ - questo credo non lo si possa
mettere in dubbio - che, proprio perche' non e' coinvolto nella
reazione, rimane nella cella. Gli elettroni liberati se ne vanno
attraverso l'amperometro e gli ioni H+ rimangono, il risultato e'
l'accumulo di carica, o per meglio dire la neutralizzazione del
macroione, che ho detto. Analogamente a dx.
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