Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Hasonló dokumentumok
Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

DIFFÚZIÓ. BIOFIZIKA I Október 20. Bugyi Beáta

Biofizika 1 - Diffúzió, ozmózis 10/31/2018

Transzportjelenségek

BIOFIZIKA I OZMÓZIS Bugyi Beáta (PTE ÁOK Biofizikai Intézet) OZMÓZIS

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Zrínyi Miklós

OZMÓZIS. BIOFIZIKA I Október 25. Bugyi Beáta PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Biofizika I. OZMÓZIS. Dr. Szabó-Meleg Edina PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Diffúzió 2003 március 28

Orvosi Fizika 10. Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. TRANSZPORTFOLYAMATOK biológiai rendszerekben.

Transzportfolyamatok

Reakciókinetika és katalízis

Transzportfolyamatok a mikroszkópikus méretskálán: Diffúzió, Brown-mozgás, ozmózis. A sejt méretskálája. Biomolekuláris rendszerek méretskálája

Transzportfolyamatok. Alapfogalmak. Lokális mérlegegyenlet. Transzportfolyamatok 15/11/2015

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Reológia Mérési technikák

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Molekulák mozgásban a kémiai kinetika a környezetben

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

PHYWE Fizikai kémia és az anyagok tulajdonságai

Termodinamika (Hőtan)

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Fizikai biológia. Modellépítés kiinduló szempontjai. Mitől élő az élő? Az élő sejt fizikai Biológiája

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Kémiai reakciók sebessége

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek. N m J 2

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Transzportfolyamatok. Zrínyi Miklós

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

Az élő sejt fizikai Biológiája Kellermayer Miklós

Spontaneitás, entrópia

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. TRANSZPORTFOLYAMATOK biológiai rendszerekben.

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Hőtan ( első rész ) Hőmérséklet, szilárd tárgyak és folyadékok hőtágulása, gázok állapotjelzői

Termodinamikai bevezető

Biofizika szeminárium november 2.

10. Transzportfolyamatok folytonos közegben. dt dx. = λ. j Q. x l. termodinamika. mechanika. Onsager. jóslás: F a v x(t) magyarázat: x(t) v a F

Spontaneitás, entrópia

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Szabadentalpia nyomásfüggése

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Molekuláris dinamika I. 10. előadás

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

OZMÓZIS, MEMBRÁNTRANSZPORT

Légköri termodinamika

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek E A J 2. N m

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

Ideális gáz és reális gázok

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

Transzportfolyamatok. összefoglalás, általánosítás Onsager egyenlet I V J V. (m/s) áramvonal. turbulens áramlás = kaotikusan gomolygó áramlás

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Dr. Kopecskó Katalin

Elektromos áramerősség

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata

Elektromos áram. Vezetési jelenségek

Membránpotenciál, akciós potenciál

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

f = n - F ELTE II. Fizikus 2005/2006 I. félév

Számítástudományi Tanszék Eszterházy Károly Főiskola.

TRANSZPORTFOLYAMATOK ÉS SZIMULÁCIÓJUK (MAKKEM 242M)

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

A kémiai és az elektrokémiai potenciál

1. Mi a termodinamikai rendszer? Miben különbözik egymástól a nyitott és a zárt termodinamikai

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

Hőtan I. főtétele tesztek

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Elektromos alapjelenségek

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

1. SI mértékegységrendszer

10. Transzportfolyamatok folytonos közegben

A munkavégzés a rendszer és a környezete közötti energiacserének a D hőátadástól eltérő valamennyi más formája.

Műszaki hőtan I. ellenőrző kérdések

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Folyadékok és gázok mechanikája

Molekuláris dinamika. 10. előadás

Az elektromos kettősréteg. Az elektromos potenciálkülönbség eredete, értéke és az azt befolyásoló tényezők. Kolloidok stabilitása.

Fermi Dirac statisztika elemei

Reakció kinetika és katalízis

TRANSZPORTFOLYAMATOK ÉS SZIMULÁCIÓJUK (MAKKEM 242ML)

Az energia bevezetése az iskolába. Készítette: Rimai Anasztázia

a természet logikája

8. Belső energia, entalpia és entrópia ideális és nem ideális gázoknál

Mechanika IV.: Hidrosztatika és hidrodinamika. Vizsgatétel. Folyadékok fizikája. Folyadékok alaptulajdonságai

Átírás:

Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS 2013. Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

DIFFÚZIÓ 1. KÍSÉRLET Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ 1. kísérlet: cseppentsünk tintát egy üveg vízbe 1. megfigyelés: a folt lassan szétterjed és megfesti az egész folyadékot

DIFFÚZIÓ 2. KÍSÉRLET Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ 2. kísérlet: cseppentsünk tintát MELEG és HIDEG vízbe 2. megfigyelés: a folt gyorsabban terjed szét a meleg vízben, mint a hidegben

DIFFÚZIÓ A MINDENNAPJAINKBAN Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ

Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ A DIFFÚZIÓ BIOLÓGIAI JELENTŐSÉGE biológia rendszerek mikroszkópikus anyagtranszport folyamatai az anyagok sejtmembránon keresztül történő áthaladása alapvető anyagcsere-folyamatok vér és a tüdő közötti gázcsere ingerületi folyamatok gyógyszerek felszívódása kémiai reakciók

Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ A RÉSZECSKÉK MOZGÁSA a biológia rendszerekben a részecskék többsége állandó mozgásban van folyadék fázis víz (az emberi szervezet tömegének 50 60 %-át víz alkotja) lipid fázis - sejtmembrán Brown-mozgás Robert Brown (skót botanikus, 1827) kísérlet: pollenszuszpenzió mikroszkópos vizsgálata megfigyelés: virágporszemcsék szabálytalan, zegzugos mozgást végeznek magyarázat:?

A RÉSZECSKÉK MOZGÁSA Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ BROWN-MOZGÁS

A RÉSZECSKÉK MOZGÁSA Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ EGY RÉSZECSKE BROWN-MOZGÁSA 3D-BEN

A RÉSZECSKÉK MOZGÁSA Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ BROWN-MOZGÁS MAKROSZKÓPIKUS KÉP MIKROSZKÓPIKUS KÉP a részecske és a közeg molekulái folyamatosan ütköznek egymással részecskék rendezetlen mozgása függ a hőmérséklettől (T): hőmozgás kinetikus gázelmélet ideális gáz modell

Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ a részecskék egyenetlen (inhomogén) eloszlásának következtében a részecskék transzportja* valósul meg a magasabb koncentrációjú régiók felől az alacsonyabb koncentrációjú régiók felé amíg a részecskék egyenletes eloszlást (homogén) nem mutatnak * Brown-mozgás DIFFÚZIÓ DIFFÚZIÓ

Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ Termodinamikai megközelítés A diffúzió anyagtranszport. a rendszer rendezetlenségének, entrópiájának növeléséhez a rendszer szabad entalpiájának, G-jének a csökkenéséhez vezet. A diffúzió hajtóerejének ezért a szabad entalpia gradiensét kell tekinteni, vagyis a diffúzió termodinamikai hajtóereje a kémiai potenciál gradiense. A diffúzió helyes definíciója ezért így fogalmazható meg: A diffúzió anyagtranszport folyamat, amely az atomoknak illetve a korábban felsorolt anyagi részecskéknek a nagy kémiai potenciálú helyekről a kis kémiai potenciálú helyekre való áramlásával játszódik le.

Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ A DIFFÚZIÓ LEÍRÁSA Mitől függ a diffúzió erőssége?

Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ A DIFFÚZIÓ TÉRBELI LEÍRÁSA FICK I. TÖRVÉNYE Az egyszerűség kedvéért vizsgálódjunk 1D-ban (x tengely mentén): t = 0 s inhomogén eloszlás t DIFFÚZIÓ t = homogén eloszlás x

A DIFFÚZIÓ TÉRBELI LEÍRÁSA FICK I. TÖRVÉNYE Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ a koncentráció (c) változása az x tengely mentén KONCENTRÁCIÓ GRADIENS (hajtóerő) a koncentráció különbség (Dc) és a távolság (Dx) hányadosa két pont között az egyszerűség kedvéért: a koncentráció lineárisan változik

A DIFFÚZIÓ TÉRBELI LEÍRÁSA FICK I. TÖRVÉNYE Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ diffúzió révén az A felületen (áramlás irányára merőleges) Dt idő alatt Dn anyagmennyiség (mól) vándorol át

A DIFFÚZIÓ TÉRBELI LEÍRÁSA FICK I. TÖRVÉNYE Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ ANYAGÁRAM-ERŐSSÉG: I v (egység: mol/s) függ a felület (A) nagyságától ANYAGÁRAM-SŰRŰSÉG: J (egység: mol/m 2 s) független a felület (A) nagyságától ANYAGÁRAM-SŰRŰSÉG egységnyi idő alatt egységnyi felületen hány mólnyi anyag jut keresztül DIFFÚZIÓ ERŐSSÉGE

A DIFFÚZIÓ TÉRBELI LEÍRÁSA FICK I. TÖRVÉNYE Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ

A DIFFÚZIÓ TÉRBELI LEÍRÁSA FICK I. TÖRVÉNYE D D D D D D D D D D D D Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ

A DIFFÚZIÓ TÉRBELI LEÍRÁSA FICK I. TÖRVÉNYE Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ D D D D D D D D D D

A DIFFÚZIÓ TÉRBELI LEÍRÁSA FICK I. TÖRVÉNYE Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ

A DIFFÚZIÓ TÉRBELI LEÍRÁSA FICK I. TÖRVÉNYE Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ Transzportfolyamatok általános leírása: Onsager-féle lineáris összefüggés az extenzív mennyiség (anyagmennyiség) áramsűrűsége egyenesen arányos az intenzív mennyiség (koncentráció) gradiensével Intenzív fizikai mennyiségek gradiense által kiváltott extenzív mennyiségek árama Impulzusáram, I mv Anyagmennyis égáram, I n Hőáram, I Q Elektromos töltésáram, I q EXTENZÍV I N T E N Z Í V gradv gradc gradt gradu Viszkozitás,η Newton Diffúzió, D Fick Termodiffúzió, Soret Elektrolízis, Faraday Termodiffúzió, Dufour Hővezetés, λ Fourier Termoelektrom osság, hőszivattyú, Peltier Ülepedés, Dorn Termoelektrom osság, termoel em, Seebeck Elektromos vezetés, κ Ohm

Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ A DIFFÚZIÓS EGYÜTTHATÓ a diffundáló részecske mobilitását jellemzi - milyen gyorsan diffundál jele: D mértékegysége: m 2 s -1 számértéke megadja egységnyi koncentrációkülönbség esetén az egységnyi keresztmetszeten egységnyi idő alatt átáramló anyag mennyiségét függ mind a részecske, mind pedig a közeg sajátságaitól

A DIFFÚZIÓS EGYÜTTHATÓ Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ Gömbszimmetrikus (r: sugár) részecskék diffúziójára η viszkozitású közegben T hőmérsékleten: STOKES-EINSTEIN ÖSSZEFÜGGÉS hőmérséklet (T) a diffúzió gyorsabb magasabb hőmérsékleten: gyorsabb hőmozgás a részecske geometriája /alakja (r) kicsi/globuláris részecske gyorsabban diffundál mint a nagy/fibriláris részecske a részecske moláris tömege (M) a nehezebb részecskék lassabban diffundálnak, mint a könnyebb részecskék a közeg viszkozitása (η) a diffúzió gyorsabb alacsonyabb viszkozitású közegekben, mint a magasabb viszkozitású közegekben gázok > folyadékok k: Boltzmann állandó k = 1.38 10 23 joule/kelvin

A DIFFÚZIÓS EGYÜTTHATÓ Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ diffundáló részecske közeg [D] = m 2 s -1 T = 20 o C H 2 (2) levegő 6.4 10-5 O 2 (32) levegő 2 10-5 O 2 (32) víz 1.9 10-9 aminosav: glicin MW: 75 Da globuláris fehérje: szérum albumin MW: 69 000 Da 60 x 96 x 60 Å fibriláris fehérje: tropomiozin MW: 93 000 Da l = 40 Å dohány mozaik vírus MW: 40 000 000 Da l = 300 Å d = 150 Å víz 0.9 10-9 víz 6 10-11 víz 2.2 10-11 víz 4.6 10-12 x3 x10000 x100 x3 GYORSABB DIFFÚZIÓ

Biofizika I. - DIFFÚZIÓ MI HIÁNYZIK MÉG? koncentráció különbség (hajtóerő) diffúzió (anyagáram) egyenletes eloszlás (egyensúly) megvizsgáltuk a diffúziót a koncentráció térbeli változásának (c(x)) figyelembe vételével FICK I. TÖRVÉNYE (térbeli leírás) azonban nem vettük figyelembe a koncentráció időtől való függését (c(x, t))! FICK II. TÖRVÉNYE (térbeli & időbeli leírás)

Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ A DIFFÚZIÓ TÉRBELI & IDŐBELI LEÍRÁSA: FICK II. TÖRVÉNYE Az egyszerűség kedvéért vizsgálódjunk ismét 1D-ban (x tengely mentén): 3D

Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ

Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ

Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ SZABAD DIFFÚZIÓ 1D-BAN Milyen messzire jut el egy részecske a kezdeti helyétől adott t idő alatt? R(t) =? y x

Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ SZABAD DIFFÚZIÓ 1D-BAN Milyen messzire jut el egy részecske a kezdeti helyétől adott t idő alatt? R(t) =? a részecskék eltávolodását (R(t)) egy eloszlásfüggvénnyel írhatjuk le (Gauss) az R(t) távolság átlagos értéke az idő négyzetgyökével egyenesen arányosan növekszik

Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ Vegyük észre a diffúziós idő (t) a diffúziós távolság (R) négyzetével arányos t ~ R 2 A diffúzió rövid távolságon (100 mm) viszonylag gyors (< másodperc) hosszú távolságon (1 cm) rendkívül lassú folyamat (napok) megtételéhez szükséges idő (t) távolság (R)

Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ ÁTTEKINTÉS a legfontosabb fogalmak Vizsgakérdés: Brown-mozgás A diffúzió jelensége Fick I. törvénye (térbeli leírás) Diffúziós együttható, Einstein-Stokes összefüggés Diffúziós idő diffúziós távolság összefüggés Fick II. törvénye (térbeli & időbeli leírás)