Em físico-química, existem dois tipos de gradientes: o gradiente eletroquímico e o gradiente de concentração , às vezes referido como gradiente químico. O gradiente de concentração explica fenômenos como difusão, osmose ou dissolução.

Em geral, o que é um gradiente?

Um gradiente é definido, matematicamente, como um vetor que mede a quantidade de mudança em uma magnitude escalar entre dois pontos no espaço e a direção em que a mudança ocorre .

Podemos facilmente imaginar o gradiente como a encosta de uma montanha. A altitude seria a magnitude escalar cuja mudança medimos e a inclinação o vetor que mede a mudança na altitude entre dois pontos.

Se entre dois pontos separados por 100 m, você subir de uma altitude de 50 m para uma de 60, teremos uma inclinação (gradiente) de 10%. Mas também pode haver uma inclinação de -10% se medirmos na direção descendente. Portanto, um gradiente mede a quantidade de mudança e a direção em que ela ocorre.

O gradiente de concentração

O gradiente de concentração mede a mudança na densidade das moléculas que ocorre no espaço tridimensional, gradiente que explica muito bem os fenômenos de difusão.

Por exemplo, na dissolução de um cristal de sal em água, é claro que há uma difusão , um fluxo de moléculas de NaCl, do cristal para a água. Como o cristal fica submerso, até que esteja completamente dissolvido, suas moléculas não se distribuem homogeneamente na água, mas existe um claro gradiente de concentração entre a superfície do cristal e as áreas próximas, com maior densidade de moléculas de NaCl, e áreas distantes do vidro onde há menos.

Se cada molécula de NaCl for observada individualmente, cada uma parece ter um movimento aleatório dentro da solução, mas o fluxo líquido é de locais de maior concentração para locais de menor concentração até que todas as moléculas estejam homogeneamente distribuídas.

Esse fluxo ocorre pelas linhas do espaço que seguem uma concentração de cima para baixo, e nos locais onde a descida é maior, o fluxo será mais rápido. Ou seja, a difusão ocorre seguindo os vetores que representam o gradiente de concentração , da mesma forma que a bola cairia pela encosta da montanha seguindo as linhas de maior declive.

Na físico-química, a direção em que o sistema muda espontaneamente é medida por meio da mudança de entalpia , uma quantidade termodinâmica que mede a troca de energia entre um sistema e seu ambiente, que tende a zero, e por meio de mudanças de entropia , que mede a “desordem” do sistema.

Por meio de mudanças de entalpia e entropia nos sistemas, os fluxos moleculares podem ser medidos matematicamente no gradiente de concentração. Isso é exatamente o que mede o potencial químico , ou, no caso de dissolução de um cristal de sal, a entalpia da solução .

O gradiente de concentração e a difusão desempenham um papel fundamental na vida . Para citar alguns exemplos, ele participa continuamente da difusão de substâncias entre os tecidos e através das membranas celulares, é a base das trocas gasosas nos pulmões ou é usado como sinal de movimento por muitos microrganismos.

Além disso, gradientes químicos envolvendo substâncias eletricamente carregadas, como íons, também causam um gradiente elétrico. O todo, o gradiente eletroquímico, é responsável por funções importantes como a contração muscular ou a transmissão de impulsos nervosos.