Определение осмоса
Осмос - это самопроизвольный переход растворителя (которым в биологических системах обычно является вода) из раствора, в котором растворенные вещества более разбавлены, в раствор, в котором они более концентрированы; это движение, которое происходит через полупроницаемую мембрану, продолжается до тех пор, пока не будет достигнута ситуация равновесия, в которой оба раствора увеличивают и поддерживают одинаковую концентрацию.
Практический пример
Чтобы лучше прояснить концепцию осмоса, давайте представим, что у нас есть контейнер, разделенный на две части равного объема (A и B) полупроницаемой мембраной (то есть проницаемой только для растворителя - в данном случае для 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). разница создает градиент концентрации глюкозы на сторонах мембраны, и, поскольку этот сахар не может пересечь ее, равновесие достигается при прохождении воды из отсека A (где глюкоза более разбавлена) в направлении отсека B (где ее больше ). Если хотите, можно также сказать, что вода путем осмоса переходит из раствора, в котором она более концентрирована (A), в раствор, в котором она менее концентрирована (B).
Следуя этому потоку, уровень воды в B увеличивается и уменьшается в A, создавая определенную разницу в уровнях между ними. Это явление заканчивается, когда два раствора достигают одинаковой концентрации, а затем сохраняют ее постоянной.
Гипотонические, изотонические и гипертонические растворы
Взяв два раствора с разной молярной концентрацией (разное количество растворенных в них частиц), раствор с наименьшей молярной концентрацией определяется как гипотонический, а более концентрированный - гипертонический. Вместо этого два раствора являются изотоническими (или эквимолярными), если они имеют одинаковую концентрацию.
В только что приведенном примере раствор B является гипертоническим (поэтому он содержит больше растворенных веществ), чем другой (определяемый как гипотонический); поэтому в нормальных условиях растворитель перемещается путем осмоса из гипотонического раствора в гипертонический. Мы говорили о стандартных условиях, потому что, играя с законами физики, можно перевернуть саму концепцию осмоса и способствовать переходу растворителя от наиболее разбавленной концентрации к наиболее концентрированной (обратный осмос).
Осмотическое давление и обратный осмос
Как уже было сказано, чистый поток растворителя, создаваемый осмосом, продолжается до тех пор, пока два раствора не достигнут одинаковой концентрации.Что ж, этому движению можно противодействовать, остановить или даже обратить вспять, приложив давление к отсеку с максимальной концентрацией.
В предыдущем примере достаточно поместить поршень в отсек B (который, как мы помним, имеет более высокую концентрацию) и толкнуть его вниз с определенной силой, чтобы способствовать прохождению воды в направлении A; в этом случае мы говорим об обратном осмос.
Осмотическое давление - это давление, которое точно препятствует прохождению растворителя через полупроницаемую мембрану; следовательно, это давление необходимо для противодействия осмосу.
Как уже было сказано, 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 человеческое тело
Плазматические мембраны, которые окружают клетки человеческого тела, по сути, являются полупроницаемыми мембранами, которые позволяют прямое прохождение через осмос небольших молекул (таких как вода и мочевина), но не молекул с большей молекулярной массой ( такие как белки, аминокислоты и сахара). Таким образом, осмотический баланс жидкостей организма необходим для того, чтобы гарантировать клеткам оптимальную среду для жизни.
Если мы возьмем такую клетку, как эритроцит, и погрузим ее в гипотонический раствор, она - из-за осмоса - подвергнется набуханию (вызванному проникновением воды), что может даже заставить ее взорваться. гипертонический раствор клетка, которой она подвергается из-за прохождения воды наружу, серьезному обезвоживанию, которое заставляет ее сморщиться. К счастью, в человеческом организме клетки погружены в изотонические растворы по отношению к их внутренней среде, и существуют различные системы, чтобы поддерживать эти жидкости в осмотическом равновесии.
Осмотическое давление и хранение продуктов
Давайте на минутку подумаем о домашнем варенье ... сахар добавляют в изобилии не только для улучшения его вкуса, но и, прежде всего, для увеличения срока его хранения. Тем не менее, сахар является важным элементом для жизни многих микроорганизмов, участвующих в разложении продукта. Это кажущееся противоречие устраняется самой концепцией осмоса.
