Визначення осмосу
Осмос - це спонтанне проходження розчинника (який у водних системах, як правило, є водою), з розчину, в якому розчинені речовини більш розбавлені до тих, в яких вони більш концентровані; цей рух - що відбувається через напівпроникну мембрану - триває до тих пір, поки не буде досягнута рівноважна ситуація, в якій обидва рішення отримують та підтримують таку ж концентрацію.
Практичний приклад
Щоб краще прояснити поняття осмосу, уявімо собі, що судно, розділене на два відділення рівного об'єму (А і В), з напівпроникної мембрани (тобто проникною тільки до розчинника - в даному випадку води - і не до розчиненої речовини). У відділенні А знаходиться водний розчин, в якому розчиняється столова ложка глюкози, а в частині В - водний розчин рівного об'єму, в якому розчинені три столові ложки глюкози (тому він більш концентрований). Ця різниця створює градієнт концентрації для глюкози з боків мембрани, і оскільки цей цукор не може проходити через нього, баланс досягається при проходженні води з відсіку А (де глюкоза найбільш розведена) до відсіку B (там, де він найпоширеніший). Якщо ви віддаєте перевагу, можна сказати, що вода проходить через осмос з розчину, в якому він більш концентрований (А) до того, в якому він менш концентрований (В).
Після цього потоку рівень води в B зростає і зменшується в A, створюючи певну різницю в рівні між двома. Це явище закінчується, коли два розчини досягають однакової концентрації, а потім зберігають її постійною.
Гіпотонічні, ізотонічні та гіпертонічні розчини
Приймаючи два розчини з різними молярними концентраціями (різне число розчинених у них частинок), розчин з найменшою концентрацією молярної і гіпертонічної концентрації визначають як гіпотонічний. Два розчину замість цього є ізотонічними (або еквімолярними), коли вони мають однакову концентрацію.
У наведеному прикладі розчин B є гіпертонічним (тому він містить більше розчинених речовин), ніж інший (визначений гіпотонічний); тому в нормальних умовах розчинник рухається осмосом з гіпотонічного до гіпертонічного розчину. Ми говорили про стандартні умови, тому що, граючи з законами фізики, можна перевернути саму концепцію осмосу і сприяти проходженню розчинника з найбільш розведеної концентрації в найбільш концентрований (зворотний осмос).
Осмотичний тиск і зворотний осмос
Як виражено до сих пір, чистий потік розчинника, який генерується осмосом, триває до тих пір, поки обидва розчини не досягне тієї ж концентрації. Добре, цей рух можна протиставити, зупинити або навіть змінити, застосовуючи тиск до відсіку з найвищою концентрацією.
У попередньому прикладі достатньо розмістити поршень у відсіку B (який нагадаємо, що має більш високу концентрацію) і підштовхнути його вниз з певною силою, щоб сприяти проходженню води до A; в цьому випадку ми говоримо про зворотний осмос.
Осмотичний тиск являє собою тиск, яке точно протиставляється проходженню розчинника через напівпроникну мембрану; отже, це тиск, необхідний для протидії осмосу.
Згідно з тим, що було сказано до сих пір, два ізотонічні розчини мають однаковий осмотичний тиск; підкреслити, отже, що осмотичний тиск залежить виключно від кількості частинок, присутніх в розчині, а не від їх природи.
Осмос і організм людини
Плазматичні мембрани, які оточують клітини людського тіла, насправді є напівпроникними мембранами, які дозволяють прямий прохід через осмос малих молекул (таких як вода і сечовина), але не тих з більшою молекулярною масою (наприклад, білки, амінокислоти та цукру). Осмотичні баланси в рідинах організму є важливими для гарантування клітинам оптимального середовища для життя.
Якщо ми беремо клітку, як червоні кров'яні клітини, і занурюємо її в гіпотонічний розчин, це - за допомогою осмосу - піддається набуханню (задається входом води), що може навіть призвести до вибуху. Навпаки, якщо занурювати в гіпертонічний розчин, клітина страждає, через проходження води назовні, серйозну дегідратацію, що робить її зморшкуватою. На щастя, в організмі людини клітини занурюються в ізотонічні розчини по відношенню до їхнього внутрішнього середовища, і існують різні системи для підтримки цих рідин в осмотичному рівновазі.
Осмотичний тиск і збереження харчових продуктів
Давайте подумаємо на мить про домашнє джеме ... цукор додають в достатку не тільки для поліпшення його смаку, але й і, перш за все, для збільшення терміну його зберігання. Тим не менш, цукор є важливим елементом у житті багатьох мікроорганізмів, які беруть участь у деградації продукту. Ця очевидна протиріччя усувається від самого поняття осмосу.
