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Conteúdo principal

Difusão e osmose

Aprenda sobre difusão, osmose e gradientes de concentração, e por que eles são importantes para as células. Versão original criada por Sal Khan.

Transcrição de vídeo

RKA 3G - Neste vídeo eu quero abranger vários tópicos, eles estão todos relacionados. Em algum nível eles são muito simples, mas, como um todo, eles tendem a confundir um pouco as pessoas. Espero que possamos fazer algum progresso. Um bom jeito para começar é: imaginemos que eu tenho um recipiente aqui, este é o meu recipiente, e dentro dele eu tenho muitas moléculas de água. Isso é apenas um monte de moléculas de água, elas estão colidindo umas nas outras e na sua forma líquida. E dentro da água, eu tenho algumas moléculas de açúcar. Eu vou fazer o açúcar em rosa aqui. Então, eu tenho um monte de moléculas de açúcar. Muito bem! Porém, eu tenho muito mais moléculas de água, muito mais moléculas de água. Muito bem, neste tipo de situação, chamamos a coisa que temos a mais de solvente. Então, neste caso, existem mais moléculas de água e você pode entender esse "mais" como um maior número de moléculas mesmo. Eu não vou entrar em toda uma discussão sobre moléculas e tudo, porque você pode ainda nem ter visto isso direito. Mas somente saiba que o que há a mais, nós iremos chamar de solvente. Então, neste caso, a água é o solvente e qualquer coisa que tenha a menos, que neste caso é o açúcar, será considerado como soluto. Não precisa ser açúcar, pode ser qualquer outra molécula em menor quantidade, neste caso, na água. Então, o açúcar é o soluto. Podemos dizer que o açúcar foi dissolvido na água. O açúcar foi dissolvido na água. Muito bem. E tudo isto aqui, a combinação da água e as moléculas de açúcar, chamamos de solução. Chamamos essa coisa toda de solução. Uma solução tem o solvente e o soluto. O solvente é a água, ela faz a dissolução. E a coisa dissolvida é o açúcar, que chamamos de soluto. Agora, tudo isto pode ou não ser revisão para você, mas eu estou fazendo isso por uma razão, porque eu quero falar sobre a ideia da difusão. Difusão é uma ideia bastante simples. Se eu tiver, digamos, o mesmo recipiente... Na verdade, eu vou fazer um outro recipiente apenas para falar sobre difusão. Depois nós vamos voltar à água e ao açúcar, especialmente, a água. Mas digamos que temos um recipiente aqui e ele só tem um monte de ar. Digamos que ele tem apenas algumas partículas de ar, poderia ser qualquer outra coisa, oxigênio ou gás carbônico. Vou desenhar um par de moléculas de ar aqui. Então, vamos dizer que são gases e, apenas para facilitar, oxigênio gasoso. Assim, cada um disto é um O2, certo? Digamos que se trata da configuração atual, que tudo isto é vácuo e o elevamos a certas temperaturas. Então, estas moléculas de água têm algum tipo de energia cinética, elas se movem em várias direções aleatórias. Minha pergunta é: o que estará acontecendo neste recipiente? O que estará acontecendo? Qualquer uma destas moléculas estarão colidindo aleatoriamente umas nas outras. Elas estão mais propensas a chocar-se com outras em baixo e à esquerda do que em cima e à direita. Se esta molécula está querendo ir agora para baixo e para a esquerda, ela vai topar com algo e ricochetear em direção ao alto à direita. Mas na direção acima e à direita, não há nada para bater. Portanto, no geral, tudo está se movendo em direções aleatórias, mas é mais provável que você seja capaz de se mover na direção para a direita. Quando você vai para a esquerda, aumentam as chances de bater em algo. Isto é bom senso! Com o tempo pode deixar, que esse sistema chega a um equilíbrio. Eu não vou entrar em detalhe agora sobre o que isso significa, você pode assistir aos vídeos de termodinâmica, se quiser, para ver isso. Então, provavelmente, você verá o recipiente. Verá algo assim. Eu não posso lhe assegurar que será assim, há uma pequena probabilidade de se continuar como estava, mas é muito mais provável que estas cinco partículas fiquem relativamente espalhadas. Isso é difusão e isso é apenas a propagação de partículas ou moléculas em alta concentração para as áreas de baixa concentração, tá legal? Neste caso, as moléculas irão se espalhar nesta direção da alta concentração para a área de baixa concentração. Agora você está dizendo, o que é a concentração? Há muitas maneiras de medir a concentração e você pode entrar no conceito de molaridade. Mas a ideia é muito simples, quanto destas partículas você tem por unidade de espaço? Até aqui, você tem um monte daquelas partículas por unidade de espaço e, aqui, você tem muito pouco daquelas por unidade de espaço. Esta é uma alta concentração e esta é uma baixa concentração. Você poderia imaginar outro experimento como esse? Você poderia imaginar uma solução assim, não é? Vamos fazer algo assim: digamos que eu tenha dois recipientes. Vamos voltar para a situação da solução. Este era um gás, mas eu comecei com esse exemplo. Vamos ficar com esse exemplo aqui. Vamos dizer que eu tenho uma porta, que é maior do que as duas moléculas de água e açúcar. Em ambos os lados eu tenho muitas moléculas de água, então, eu tenho um monte de moléculas de água. Se eu só tivesse moléculas de água aqui, elas estariam todas se movimentando em direções aleatórias. Assim, a probabilidade de uma molécula de água ir nesta direção equivaleria às probabilidades de outra ir naquela direção, supondo que ambos os lados têm a mesma quantidade de moléculas de água. Caso contrário, a pressão seria diferente. Mas vamos dizer que a altura dessa é a mesma desta. Portanto, não há mais pressão em uma direção do que na outra. Se por qualquer motivo, um grupo de moléculas de água está todo indo para a direita, isso iria encher o lado direito e ele teria mais água. E sabemos que isso não é provável que ocorra. Portanto, estes são apenas dois recipientes de água. Agora vamos colocar algum soluto nele. Vamos dissolver um soluto nele e faremos toda a dissolução no lado esquerdo. Colocamos algumas moléculas de açúcar no lado esquerdo. Elas são suficientemente pequenas para passar por este pequeno tubo, isso é uma suposição. Então, o que irá acontecer? Todas estas coisas têm algum tipo de energia cinética, elas estão todas se movendo. Bom, ao longo do tempo, a água está indo e voltando. Esta molécula de água talvez vá naquela direção. Essa outra talvez venha por aqui também, mas em algum momento, uma dessas grandes moléculas, moléculas de açúcar, irá justamente nesta direção, na direção certa para passar para cá e, daí, ela vai passar para o outro lado. Ela vai através deste túnel que conecta os dois recipientes e irá terminar aqui. Correto? E estas ainda estarão se movendo aleatoriamente. Há alguma possibilidade de elas voltarem, mas continua havendo mais partículas de açúcar aqui do que lá. Assim, existe uma maior probabilidade de uma delas ir para este lado do que outras virem para este lado. Então, imagine que você está fazendo isso com milhares de partículas. Eu estou fazendo isso só com quatro. Com o tempo, as partículas terão que se espalhar, de modo que as concentrações serão aproximadamente iguais. Talvez com o tempo, você tenha os dois aqui, mas quando você está lidando com três, quatro ou cinco partículas, existe uma possibilidade de isso não acontecer. Mas quando está fazendo isso com 1 milhão e como elas são muito pequenas, então, é muito provável que isso aconteça. Mas em todo este processo, passamos de um meio mais concentrado para um meio menos concentrado e as partículas foram se espalhando do recipiente de baixa concentração para o recipiente de alta concentração. Assim elas se difundiram, isso é difusão. E, apenas para aprendermos algumas outras palavras que podem ser usadas com a ideia de difusão. Quando começamos aqui, havia uma maior concentração. O recipiente do lado esquerdo tinha uma maior concentração. Maior concentração. Isto tudo é relativo, tá? É maior do que este cara. E este aqui tinha uma menor concentração. Menor concentração. E há palavras para estas coisas. Essa solução com uma alta concentração é chamada de solução hipertônica. Vou escrever em amarelo. "Hiper", em geral, significa que tem um monte de alguma coisa. Solução hipertônica. Você já pode ter ouvido alguém falar que tem hipertensão, ou seja, muita pressão arterial. E esta baixa concentração é hipotônica. Você pode ter ouvido também alguém, talvez um amigo ou um parente... Se eles não fizeram uma refeição vão dizer: "Eu estou hipoglicêmico." Isso significa que eles não têm ou têm muito pouca glicose e estão enjoados. Não há açúcar suficiente na circulação sanguínea e parece que vão desmaiar, precisam de uma refeição. Se você comer uma barra de chocolate, talvez fique hiperglicêmico. Estes são apenas bons prefixos para saber. Mas hipertônico diz que você tem muito soluto, você tem uma alta concentração. E no hipotônico, tem pouco soluto, ou seja, você tem uma baixa concentração. Estas são boas definições para saber. Então, em geral, se não há barreiras para a difusão, como tivemos aqui, o soluto irá da maior concentração, ou solução hipertônica, para a solução hipotônica, onde a concentração é menor. Agora vamos fazer um experimento interessante. Muito bem. Nós falamos sobre difusão até agora. Nós falamos sobre difusão de um soluto, certo? Em geral, e esse não é sempre o caso, se você quer ser tão geral quanto possível, o soluto é tudo que você tem a menos e o solvente é tudo o que tem a mais. O solvente mais comum é a água, mas ele não precisa ser água. Isso pode ser algum tipo de álcool, pode ser mercúrio, poderia ser um conjunto de moléculas. Mas a água é, no sistema biológico, o material mais comum como solvente, é onde outras coisas são dissolvidas. E o que aconteceria se tivéssemos um local onde o soluto é muito grande para migrar, mas a água é suficientemente pequena para migrar? Vamos pensar nessa situação. Para pensar nisso, eu vou fazer uma coisa bem interessante aqui. Vamos dizer que temos um recipiente, um recipiente aqui. Na verdade, eu não vou desenhar um recipiente. Vamos apenas dizer que temos um ambiente externo onde há muita água. Este é um ambiente externo e, então, você tem algum tipo de membrana. A água pode entrar e sair desta membrana. Então, dizemos que a membrana é semipermeável, ou seja, é permeável para a água, mas o soluto não pode passar através dela. Vamos dizer que o soluto é o açúcar, então temos água fora e também dentro da membrana. Estas são pequenas moléculas de água, esta é a membrana bem aqui. Vamos dizer que temos algumas moléculas de açúcar e eu estou usando açúcar, mas poderia ter sido outra coisa. Temos algumas moléculas de açúcar que são um pouco maiores, elas poderiam ser muito maiores. Na verdade, são muito maiores do que moléculas de água. Você tem um monte delas. Eu só desenhei quatro, mas você tem milhares delas, está legal? Tem muito mais moléculas de água. Eu quero mostrar que você tem mais moléculas de água do que de açúcar. E essa membrana semipermeável. Permeável significa que permite a passagem de coisas. Semipermeável significa que é parcialmente permeável. Assim, semipermeável, nesse contexto, significa que permite à água passar através da membrana. A água pode passar, mas o açúcar não, o açúcar é muito grande. Então, se tivéssemos que ampliar a membrana, eu acho que ela ia parecer com algo mais ou menos assim. Eu vou ampliar esta membrana. Existem pequenos buracos na membrana mais ou menos assim. E vamos dizer que as moléculas de água sejam deste tamanho, assim, elas podem passar pelos buracos. Então, as moléculas de água podem ir e vir através dos buracos, mas as de açúcar são muito grandes. Elas não podem atravessar os buracos, elas são muito grandes para essa abertura para ir e vir por ela. Agora, o que você acha que vai acontecer nesta situação? Em primeiro lugar, vamos usar a nossa terminologia. Lembrem-se: o açúcar é o soluto, a água é o solvente, membrana semipermeável. Qual lado da membrana tem a maior ou menor concentração de soluto? Bom, o de dentro tem. O de dentro é hipertônico. Vou escrever aqui, hipertônico. O de fora tem baixa concentração, então é hipotônico. Hipotônico. Agora, se estas passagens forem grandes o bastante, com base no que falamos, estes caras estão se movendo ao redor. A água está migrando em ambas as direções e a mesma probabilidade... Na verdade, eu vou falar sobre isso daqui a pouco. Se tudo estivesse aberto, isso teria a mesma probabilidade, mas se isso estivesse aberto, elas migrariam para esse lado e você, provavelmente, iria acabar com concentrações iguais e, assim, você teria a sua difusão tradicional da alta concentração de soluto para a baixa concentração de soluto. Mas neste caso, essas moléculas não podem passar através do furo, só a água pode ir e voltar livremente. Se estes caras não estivessem aqui, a água teria igual probabilidade de ir nessa direção como eles teriam nessa direção, em igual probabilidade. Mas porque estes caras estão no lado direito ou, neste caso, dentro da membrana, - esta é a parte de dentro da nossa membrana ampliada - é menos provável, porque eles estão bloqueando os furos. É pouco provável que a água esteja bloqueando os furos, então, é realmente mais provável que a água possa entrar do que sair. Quero deixar bem claro, se estas moléculas de açúcar não estivessem aqui, seria óbvio que a água poderia ir em ambas as direções. Agora que as moléculas de açúcar estão aqui, estas moléculas de açúcar talvez estejam no lado direito, talvez estejam bloqueando. Eu acho que a melhor maneira de pensar sobre isso é como um bloqueio do furo. Nunca serão capazes de passar através dos furos e ainda podem não estar bloqueando o furo, mas alguns deles irão em direções aleatórias. Assim, se a molécula de água estivesse se aproximando, e é só uma probabilidade, estamos lidando com milhões de moléculas, seria muito mais provável ela ser bloqueada do que sair. Mas as moléculas de água de fora não tem nada que as bloqueie para entrar, assim, você vai ter um fluxo de água para dentro. Nesta situação, com a membrana semipermeável, você vai ter um fluxo interno de água. Então, isso é interessante. Nós temos o solvente fluindo da situação hipotônica para a solução hipertônica. Mas é só hipotônico no soluto. Mas a água, se você a olhar de forma invertida... Se você já usou açúcar como solvente, então pode dizer: iremos transformar uma alta concentração em uma baixa concentração de água. Eu não quero causar confusão. Isso é o que costuma confundir as pessoas, mas pense sobre o que irá acontecer. Não importa em qual situação, a solução vai fazer o que pode para tentar equilibrar a concentração, para fazer a concentração nos dois lados o mais parecida possível. Isso não é só alguma mágica, não é como a solução que conhecemos, é baseado em probabilidades e essas coisas. Colidindo... Mas nesta situação, a água irá fluir para o recipiente, então ela realmente vai do lado hipotônico. Aí falamos em baixa concentração de soluto para o lado que tem maior concentração de soluto, de açúcar. E, realmente, se essa coisa é elástica, quanto mais água fluir para dentro, mais essa membrana vai se esticar. Eu não vou entrar muito em detalhe. Mas essa ideia da água, o solvente - se nesse caso a água é o solvente - é de a água como solvente migrar através de um furo da membrana semipermeável e isso é chamado osmose. Você, provavelmente, já ouviu falar nisso: osmose. Se você colocar um livro contra a sua cabeça, talvez ele se infiltre no seu cérebro! É a mesma coisa, é daí que a palavra vem. Essa ideia da água escorrer através das membranas para tentar fazer as concentrações mais iguais. Assim, se você diz: "Eu tenho alta concentração aqui e baixa concentração aqui. Se houvesse uma membrana aqui, essas moléculas grandes iriam sair, mas porque há uma membrana semipermeável aqui, elas não podem. Assim é o sistema de probabilidades, nenhuma mágica aqui. Mais água entrará para tentar equilibrar a concentração. Se talvez houver algumas moléculas aqui, não como uma alta concentração. Eventualmente, se tudo foi permitido, você vai chegar ao ponto onde tem a mesma quantidade. Você tem uma concentração tão alta neste lado quanto no lado direito, porque no lado direito irá encher com água e, provavelmente, terá um volume maior. E, então, mais uma vez, a probabilidade da molécula de água indo para a direita e para a esquerda será a mesma e você terá um certo equilíbrio. Mas eu quero deixar isso bem claro. Difusão é a ideia de qualquer partícula indo de uma concentração mais alta para a região que tem uma concentração mais baixa, somente fluindo. Osmose é a difusão de água. E, normalmente, você está falando sobre a difusão da água como solvente e, normalmente, é um contexto em que a membrana semipermeável, onde o atual soluto não pode atravessá-la. Enfim, eu espero que você tenha achado isso útil e não totalmente confuso.