L'equilibrio di Donnan

Se soluti diffusibili sono separati da una membrana che è liberamente permeabile all'acqua ed agli elettroliti ma completamente impermeabile ad una specie ionica, i soluti diffusibili si distribuiscono in modo ineguale tra i due compartimenti. Lo stato di equilibrio che si raggiunge in queste condizioni è noto con il nome di equilibrio di Donnan. Per comprendere questo tipo di equilibrio, immaginiamo di partire con due compartimenti contenenti acqua pura e di aggiungere una certa quantità di KCl in uno di essi. Il sale in soluzione si dissocia in K+ e Cl- e questi ioni diffondono attraverso la membrana fino a quando il sistema raggiunge l'equilibrio, ovvero, fino a quando le concentrazioni di K+ e Cl- ai due lati della membrana diventano uguali. Immaginiamo ora di aggiungere il sale di potassio di un anione non diffusibile (una macromolecola A- con più cariche negative) alla soluzione nel compartimento I. In risposta a questa aggiunta, K+ e Cl- vanno incontro ad una ridistribuzione fino al raggiungimento di un nuovo equilibrio dovuto al passaggio di alcuni ioni K+ ad alcuni ioni Cl- dal compartimento I al compartimento II. L'equilibrio di Donnan è caratterizzato da una distribuzione reciproca di anioni e cationi tale che:
[K+]I/[K+]II = [Cl-]II/[Cl-]I
All'equilibrio il catione diffusibile K+, è più concentrato nel compartimento in cui è confinato l'anione non diffusibile A-, mentre l'anione diffusibile Cl-, diventa più concentrato nell'altro compartimento. Questo processo è molto più comprensibile se si prende in considerazione che in ciascuno dei due compartimenti deve esserci una situazione di elettro-neutralità, ossia il numero totale di cariche positive deve essere uguale al numero di cariche negative. Inoltre, ponendo che x, y e z rappresentino le concentrazioni degli ioni nei compartimenti I e II, possiamo esprimere in forma algebrica la condizione all'equilibrio nei due compartimenti: x2=y(y+z). A questo punto, riarrangiando l'equazione precedente, possiamo vedere che, all'equilibrio, le distribuzioni degli ioni diffusibili nei due compartimenti sono reciproche: x+z/x = x/y. Appare chiaro da questa relazione che quando la concentrazione dell'anione non diffusibile z, aumenta, le concentrazione degli ioni diffusibili (x e y) diverranno progressivamente divergenti. Questa distribuzione diseguale degli ioni diffusibili è la caratteristica principale che contraddistingue l'equilibrio di Donnan. Quindi, in condizioni di equilibrio di Donnan, la distribuzione diseguale fa sì che l'acqua si muova in direzione del compartimento di maggiore osmolarità (il compartimento I). Questa differenza di pressione osmotica è chiamata pressione oncotica.