Osmozes definīcija
Osmoze ir šķīdinātāja (kas ūdens sistēmās parasti ir ūdens) spontāna nokļūšana no šķīduma, kurā šķīdinātāji ir vairāk atšķaidīti līdz koncentrācijai; šī kustība, kas notiek caur puscaurlaidīgu membrānu, turpinās, līdz tiek sasniegts līdzsvara stāvoklis, kurā abi risinājumi iegūst un saglabā to pašu koncentrāciju.
Praktisks piemērs
Lai labāk izskaidrotu osmozes jēdzienu, iedomājieties, ka tvertne ir sadalīta divos vienāda tilpuma nodalījumos (A un B) no puscaurlaidīgas membrānas (tas ir, caurlaidīga tikai šķīdinātājam - šajā gadījumā - ūdenim, nevis šķīdinātājam). A nodalījumā ir ūdens šķīdums, kurā tika izšķīdināta ēdamkarote glikozes, bet B daļā ir vienāda tilpuma ūdens šķīdums, kurā izšķīdušas trīs ēdamkarotes glikozes (tāpēc tas ir koncentrētāks). Šī atšķirība rada glikozes koncentrācijas gradientu membrānas malās, un, tā kā šis cukurs nevar šķērsot to, līdzsvars tiek sasniegts, šķērsojot ūdeni no nodalījuma A (kur glikoze ir visvairāk atšķaidīta) līdz nodalījumam. B (kur tas ir visvairāk bagāts). Ja vēlaties, var arī teikt, ka ūdens šķērso osmozi no šķīduma, kurā tas ir koncentrētāks (A) līdz tam, kurā tas ir mazāk koncentrēts (B).
Pēc šīs plūsmas ūdens līmenis B palielinās un samazinās A, radot zināmu līmeņu atšķirību starp abiem. Šī parādība beidzas, kad abi risinājumi sasniedz tādu pašu koncentrāciju, pēc tam saglabājot to nemainīgu.
Hipotoniskie, izotoniskie un hipertoniskie risinājumi
Pieņemot divus šķīdumus ar atšķirīgu molu koncentrāciju (atšķirīgs to daļiņu skaits, kas tajā izšķīdināti), šķīdums ar zemāko molārā un hipertoniskās koncentrācijas koncentrāciju tiek definēts kā hipotonisks. Divi šķīdumi ir izotoniski (vai ekvimolāri), ja tiem ir tāda pati koncentrācija.
Tikko sniegtajā piemērā B risinājums ir hipertonisks (tāpēc tas satur vairāk šķīdinātāju) nekā otrs (definēts hipotonisks); tādēļ normālos apstākļos šķīdinātājs ar osmozi pārvietojas no hipotoniskā līdz hipertoniskajam šķīdumam. Mēs runājām par standarta apstākļiem, jo, spēlējot ar fizikas likumiem, ir iespējams apgriezt pašu osmozes jēdzienu un veicināt šķīdinātāja pāreju no visvairāk atšķaidītās koncentrācijas līdz koncentrētākai (apgrieztai osmozei).
Osmotiskais spiediens un reversā osmoze
Līdz šim izteikts, ka osmozes radītā šķīdinātāja neto plūsma turpinās, līdz abi šķīdumi ir sasnieguši tādu pašu koncentrāciju. Nu, šo kustību var novērst, apturēt vai pat mainīt, piemērojot spiedienu uz nodalījumu ar augstāko koncentrāciju.
Iepriekšējā piemērā ir pietiekams, lai virzuli B novietotu virzuli (ko mēs atceramies, kam ir augstāka koncentrācija), un spiediet to uz leju ar noteiktu spēku, lai veicinātu ūdens virzību uz A; šajā gadījumā mēs runājam par reverso osmozi.
Osmotiskais spiediens ir spiediens, kas ir tieši pretējs šķīdinātāja šķērsošanai caur puscaurlaidīgu membrānu; līdz ar to tas ir spiediens, kas nepieciešams osmozes apkarošanai.
Saskaņā ar līdzšinējo teikumu diviem izotoniskiem šķīdumiem ir tāds pats osmotiskais spiediens; tādēļ uzsvērt, ka osmotiskais spiediens ir atkarīgs tikai no šķīdumā esošo daļiņu skaita, nevis uz to raksturu.
Osmoze un cilvēka ķermenis
Patiesībā plazmas membrānas, kas ieskauj cilvēka ķermeņa šūnas, ir daļēji caurlaidīgas membrānas, kas ļauj tieši caur osmozi šķērsot mazas molekulas (piemēram, ūdeni un urīnvielu), bet ne tās, kurām ir lielāka molekulārā masa (piemēram, olbaltumvielas, aminoskābes un cukuri). Tāpēc osmotiskie svari ķermeņa šķidrumos ir būtiski, lai nodrošinātu šūnām optimālu vidi dzīvošanai.
Ja ņemam šūnu, piemēram, sarkano asins šūnu, un iegremdējam to hipotoniskā šķīdumā, tas - osmozes ceļā - tiek pakļauts pietūkumam (ko rada ūdens ievadīšana), kas pat var padarīt to eksplodētu. Gluži pretēji, ja tas ir iegremdēts hipertoniskajā šķīdumā, ūdens, šķērsojot ūdeni, cieš no smagas dehidratācijas, kas padara to grumbu. Par laimi cilvēka organismā šūnas tiek iegremdētas izotoniskos šķīdumos, ņemot vērā to iekšējo vidi, un pastāv dažādas sistēmas, lai uzturētu šos šķidrumus osmotiskajā līdzsvarā.
Osmotiskais spiediens un pārtikas saglabāšana
Domājiet par brīdi par mājās gatavotu ievārījumu ... cukurs tiek pievienots pārpilnībā ne tikai, lai uzlabotu tās garšu, bet arī un galvenokārt, lai palielinātu tā derīguma termiņu. Tomēr cukurs ir svarīgs daudzu produktu degradācijā iesaistīto mikroorganismu dzīves elements. Šī acīmredzamā pretruna tiek novērsta no osmozes jēdziena.
