Gradiente electroquímico

El concepto de gradiente electroquímico combina el concepto matemático de gradiente con los conceptos físicos y químicos de potencial eléctrico y de potencial químico ( concentración). Básicamente indica cuál es la dirección en la que cambia más rápidamente la concentración y el potencial eléctrico de una solución no homogénea; esto es importante porque una partícula de una sustancia cualquiera con una cierta carga en solución se moverá tratando de seguir la dirección de mayor gradiente electroquímico, yendo desde donde esa sustancia en particular se encuentra más concentrada hacia donde está más diluida y desde donde tiene mayor potencial eléctrico hacia donde tiene menor potencial eléctrico.

Los gradientes electroquímicos son muy importantes para los seres vivos, donde son utilizados para provocar movimiento de sustancias a través de las membranas celulares y para producir energía aprovechable a través del proceso de fosforilación oxidativa.

Conceptualización

Gradiente

Un gradiente es, básicamente, una serie de vectores asociados a determinados puntos del espacio ( campo vectorial), que indican cuáles son las direcciones de mayor cambio en un campo escalar (esto es una serie de puntos en el espacio con determinados valores escalares asociados).

Para entender el caso particular del potencial electroquímico se puede pensar en principio en un mapa de líneas de nivel de una zona geográfica determinada, este será nuestro "campo"; donde a cada coordenada espacial (latitud, longitud) se le asocia una determinada altura (valor escalar). el gradiente sería como una serie de flechas paralelas ( tangentes en realidad) a la superficie que indicarían en que dirección se inclina más esa superficie.

Y aproximándonos aún más, podemos imaginarnos una habitación lo suficientemente grande (campo tridimensional), en la que hay un gas desigualmente distribuido. En las zonas donde hay más gas la presión (valor escalar) ejercida por el mismo es mayor que en las zonas donde hay menos gas. Aquí podemos imaginarnos el gradiente de presión como flechas que indican las direcciones en las cuales hay mayor diferencia de presión dentro del espacio tridimensional de la habitación.

Gradiente de concentración

Si arrojamos un pequeño cristal de azúcar dentro de un vaso que contiene agua, podemos ver que al principio el cristal parece no experimentar cambios, pero si esperamos un tiempo suficientemente largo, el cristal se disuelve completamente y se puede demostrar que las moléculas de azúcar se han distribuido uniformemente dentro del volumen del líquido. Entre la situación inicial y la final existe todo un proceso durante el cual las moléculas de azúcar se encuentran desigualmente distribuidas dentro del volumen del líquido. Cerca de la superficie del cristal hay una gran cantidad de moléculas de azúcar en relación a la cantidad de moléculas de agua (alta concentración); mientras que lejos de la superficie del cristal hay muy pocas moléculas de azúcar (baja concentración) entre ambos puntos existe todo un degradé de concentraciones. En este escenario existe un gradiente efectivo de concentración entre la zona cercana al cristal de azúcar y la zona más alejada. El concepto de gradiente es importante para comprender como es que a pesar de que el movimiento de cada una de las moléculas de azúcar dentro del líquido es aleatorio, existe un flujo neto de moléculas ( difusión) desde la zona más cercana al cristal hacia las zonas más alejadas. Esto que es simplemente una consecuencia estadística de la suma de un gran número de movimientos aleatorios, se produce siguiendo las líneas de mayor diferencia de concentración, es decir de acuerdo al gradiente de concentración del azúcar dentro de la solución.

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