Equilibrio di Donnan
Che cos'è l'equilibrio di Donnan?
L'equilibrio di Donnan (rilevato per la prima volta dal chimico irlandese F. G. Donnan nel 1911) è il particolare equilibrio che si stabilisce quando in due fasi coesistenti uno o più componenti ionici non possono passare da una fase all'altra.
In genere la condizione necessaria allo stabilirsi di questo equilibrio è la presenza di una membrana che sia permeabile al solvente e ai piccoli ioni ma che sia invece impermeabile agli ioni colloidali o a particelle cariche di dimensioni colloidali.
Così se una membrana semipermeabile separa due soluzioni di elettroliti, ad esempio di NaCl e di KBr, gli ioni dell'una passeranno nell'altra soluzione attraverso la membrana fino a che non si è raggiunta la stessa concentrazione di tutti gli ioni Na+, Cl−, K+ e Br− in ogni compartimento.
Ma se una delle soluzioni, ad esempio la seconda, contiene uno ione non diffusibile attraverso la membrana, come per esempio uno ione proteico R−, la concentrazione degli ioni all'equilibrio nelle due soluzioni avrà un valore che è stato illustrato e descritto appunto da Donnan.
Questi ha stabilito che all'equilibrio il prodotto delle concentrazioni degli ioni diffusibili da un lato della membrana semipermeabile sarà uguale a quello dell'altro lato.
La concentrazione dei singoli ioni sarà però differente nei due compartimenti: ad esempio gli ioni Cl− nel compartimento contenente il proteinato, cioè ioni proteici, saranno in concentrazione minore.
Il rapporto fra le concentrazioni di uno stesso ione da un lato e dall'altro della membrana è uguale per tutti gli ioni diffusibili ed è detto costante di Donnan.
L'equilibrio di Donnan lo si può ottenere anche quando il sale diffusibile non ha ione in comune con l'elettrolita non diffusibile.
Dall'equilibrio di Donnan si trae l'importante conseguenza dello stabilirsi di una differenza di potenziale alla membrana. Essa è data per esempio dall'equazione:
in cui:
- R è la costante dei gas;
- T la temperatura assoluta;
- F la costante di Faraday.
Le concentrazioni degli ioni diffusibili (supposti Na+ e Cl−) sono riportate con diversi indici (1 e 2) per riferirle ai due compartimenti che sono separati dalla membrana.
Importanza dell'equilibrio di Donnan
Tutte le cellule dell'organismo sono avvolte da una membrana semipermeabile e contengono grande quantità di proteine in forma di proteinato potassico: al di fuori delle cellule si trova il liquido interstiziale nel quale esse sono immerse, il cui costituente principale è il cloruro di sodio, NaCl.
Perciò la legge di Donnan ha tanta importanza in biochimica nell'illustrare la regolazione degli scambi elettrolitici fra cellula e liquidi organici.
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