Градиент концентрации

Градиент концентрации или концентрационный градиент — векторная физическая величина, характеризующая величину и направление наибольшего изменения концентрации какого-либо вещества в среде. Например, если рассмотреть две области с различной концентрацией какого-либо вещества, разделённые полупроницаемой мембраной, то градиент концентрации будет направлен из области меньшей концентрации вещества в область с большей его концентрацией. Вектор диффузионного потока направлен против вектора градиента концентрации, что, в соответствии с принципом Ле Шателье, приводит со временем к уменьшению этого потока и градиента концентрации.

При наличии градиента концентрации в растворе наблюдается диффузия — диффузионный поток растворённого вещества направлен против градиента концентрации.

Если имеется полупроницаемая перегородка, пропускающая только молекулы растворителя (но не растворённого вещества), наблюдается осмос — поток растворителя, направлен по градиенту концентрации.

Определение

Градиент концентрации направлен по пути ${\displaystyle l}$, соответствующему нормали к изоконцентрационной поверхности (полупроницаемой мембране). Значение градиента концентрации ${\displaystyle \nabla C}$ равно отношению приращения концентрации ${\displaystyle dC}$ к соответствующему приращению пути ${\displaystyle dl}$:

${\displaystyle \nabla C={\frac {dC}{dl}}.}$

При постоянном значении градиента концентрации ${\displaystyle C}$ на длине пути ${\displaystyle l}$:

${\displaystyle \nabla C={\frac {C_{1}-C_{2}}{l}}.}$

Здесь ${\displaystyle C_{1}}$ и ${\displaystyle C_{2}}$ — начальное и конечное значение концентрации на длине пути ${\displaystyle l}$ (нормали к изоконцентрационной поверхности).

Градиент концентрации может быть причиной переноса веществ, например диффузии. Согласно закону Фика, диффузионный поток, то есть количество молекул рассматриваемого типа, проходящих при диффузии через единичную площадку, перпендикулярную к градиенту концентрации, в единицу времени, определяется выражением:

${\displaystyle {\vec {\Gamma }}=-D\nabla n}$,

где n — концентрация молекул рассматриваемого типа, D — коэффициент диффузии. Таким образом, диффузия осуществляется против вектора градиента концентрации.

Единицей измерения градиента концентрации в Международной системе единиц (СИ) является величина м⁻⁴ (моль/м⁴ или кг/м⁴), а также её дольные или кратные производные.

См. также

• Градиент
• Активный транспорт
• Пассивный транспорт
• Осмос

Примечания

1. Сивухин Д. В. § 91. Самодиффузия в газах // Общий курс физики. — Издание 5-е, исправленное. — М.: Физматлит, 2005. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — С. 344. — 544 с. — ISBN 5-9221-0601-5.
2. Кикоин А. К., Кикоин И. К. Молекулярная физика. — М.: Наука, 1976. — С. 146. — 480 с.

Литература

• Антонов В. Ф., Черныш А. М., Пасечник В. И. Биофизика — М.: ВЛАДОС, 2000, С. 35. ISBN 5-691-00338-0
• Трифонов Е. В. Психофизиология человека, 14-е изд. — СПб.: 2011.