Определение осмоса
Осмос - это самопроизвольный выход растворителя (который в водных системах обычно представляет собой воду) из раствора, в котором растворенные вещества более разбавлены до того, в котором они более концентрированы; это движение, которое происходит через полупроницаемую мембрану, продолжается до тех пор, пока не будет достигнута ситуация равновесия, при которой оба раствора приобретают и поддерживают одинаковую концентрацию.
Практический пример
Чтобы лучше прояснить концепцию осмоса, давайте представим, что сосуд разделен на два отсека одинакового объема (А и В) из полупроницаемой мембраны (то есть проницаемой только для растворителя - в данном случае воды - а не для растворенного вещества). В отсеке A находится водный раствор, в котором растворена столовая ложка глюкозы, а в части B - водный раствор равного объема, в котором растворены три столовые ложки глюкозы (поэтому он более концентрированный). Это различие создает градиент концентрации для глюкозы на сторонах мембраны, и, поскольку этот сахар не может пройти через нее, баланс достигается при прохождении воды из отделения A (где глюкоза наиболее разбавлена) в отделение Б (там, где это наиболее распространено). Если вы предпочитаете, можно также сказать, что вода проходит через осмос из раствора, в котором она более сконцентрирована (А), до того, в котором она менее концентрирована (Б).
После этого потока уровень воды в B увеличивается и уменьшается в A, создавая определенную разницу в уровне между ними. Это явление заканчивается, когда два раствора достигают одинаковой концентрации, а затем сохраняют ее постоянной.
Гипотонические, изотонические и гипертонические растворы
Если взять два раствора с разной молярной концентрацией (разное количество частиц, растворенных в них), раствор с самой низкой концентрацией молярной и гипертонической концентрации определяется как гипотонический. Вместо этого два раствора являются изотоническими (или эквимолярными), когда они имеют одинаковую концентрацию.
В только что приведенном примере решение B является гипертоническим (поэтому оно содержит больше растворенных веществ), чем другое (определенное гипотоническим); следовательно, при нормальных условиях растворитель перемещается путем осмоса из гипотонического в гипертонический раствор. Мы говорили о стандартных условиях, потому что, играя с законами физики, можно перевернуть саму концепцию осмоса и способствовать переходу растворителя из наиболее разбавленной концентрации в самую концентрированную (обратный осмос).
Осмотическое давление и обратный осмос
Как уже говорилось, чистый поток растворителя - генерируемый осмосом - продолжается до тех пор, пока два раствора не достигнут одинаковой концентрации. Что ж, этому движению можно противостоять, остановить или даже обратить вспять, приложив давление к отсеку с самой высокой концентрацией.
В предыдущем примере достаточно поместить поршень в отсек B (который, как мы помним, имеет более высокую концентрацию) и толкать его вниз с определенной силой, чтобы способствовать прохождению воды в направлении A; в этом случае мы говорим об обратном осмосе.
Осмотическое давление - это давление, прямо противоположное прохождению растворителя через полупроницаемую мембрану; следовательно, это давление, необходимое для противодействия осмосу.
Согласно сказанному, два изотонических раствора имеют одинаковое осмотическое давление; поэтому следует подчеркнуть, что осмотическое давление зависит исключительно от количества частиц, присутствующих в растворе, а не от их природы.
Осмос и тело человека
Плазматические мембраны, которые окружают клетки человеческого тела, на самом деле являются полупроницаемыми мембранами, которые обеспечивают прямой проход через осмос малых молекул (таких как вода и мочевина), но не тех, которые обладают большей молекулярной массой (такой как белки, аминокислоты и сахара). Следовательно, осмотический баланс в жидкостях организма необходим для того, чтобы гарантировать клеткам оптимальную среду для жизни.
Если мы возьмем клетку, подобную эритроциту, и погрузим ее в гипотонический раствор, то это - при осмосе - подвергнется набуханию (вызванному попаданием воды), которое может даже привести к ее взрыву. Напротив, при погружении в гипертонический раствор клетка из-за прохода воды наружу испытывает сильное обезвоживание, которое заставляет ее сморщиться. К счастью, в организме человека клетки погружены в изотонические растворы относительно их внутренней среды, и существуют различные системы для поддержания этих жидкостей в осмотическом равновесии.
Осмотическое давление и сохранение пищи
Давайте на минутку подумаем о домашнем варенье ... сахар добавляется в изобилии не только для улучшения его вкуса, но также и прежде всего для увеличения срока его годности. Тем не менее, сахар является важным элементом в жизни многих микроорганизмов, участвующих в деградации продукта. Это кажущееся противоречие удалено из самой концепции осмоса.
