Osmoze

Osmozes definīcija

Osmoze ir šķīdinātāja (kas bioloģiskajās sistēmās parasti ir ūdens) spontāna pāreja no šķīduma, kurā izšķīdušās vielas ir vairāk atšķaidītas, līdz šķīdumam, kurā tās ir vairāk koncentrētas; šī kustība - kas notiek caur puscaurlaidīgu membrānu - turpinās, līdz tiek sasniegts līdzsvara stāvoklis, kurā abi šķīdumi iegūst un saglabā tādu pašu koncentrāciju.

Praktisks piemērs

Lai labāk noskaidrotu osmozes jēdzienu, iedomāsimies, ka mums ir konteiners, kas sadalīts divos vienāda tilpuma nodalījumos (A un B) ar puscaurlaidīgu membrānu (tas ir, caurlaidīga tikai šķīdinātājam - šajā gadījumā ūdenim), nevis nodalījums A ir ūdens šķīdums, kurā izšķīdināta ēdamkarote glikozes, savukārt B daļā mums ir vienāda tilpuma ūdens šķīdums, kurā izšķīdinātas trīs ēdamkarotes glikozes (tāpēc tā ir vairāk koncentrēta). Atšķirība rada glikozes koncentrācijas gradientu membrānas sānos, un, tā kā šis cukurs to nevar šķērsot, līdzsvars tiek sasniegts, ūdenim ejot no nodalījuma A (kur glikoze ir vairāk atšķaidīta) uz B nodalījumu (kur tas ir bagātīgāks) ). Ja vēlaties, var arī teikt, ka ūdens caur osmozi pāriet no šķīduma, kurā tas ir vairāk koncentrēts (A), līdz ūdenim, kurā tas ir mazāk koncentrēts (B).

Pēc šīs plūsmas ūdens līmenis B palielinās un samazinās, radot noteiktu līmeņu atšķirību starp abiem. Šī parādība beidzas, kad abi šķīdumi sasniedz vienādu koncentrāciju, pēc tam saglabājot to nemainīgu.

Hipotoniski, izotoniski un hipertoniski šķīdumi

Ņemot divus šķīdumus ar atšķirīgu molāro koncentrāciju (tajos izšķīdināts atšķirīgs daļiņu skaits), šķīdums ar zemāko molāro koncentrāciju tiek definēts kā hipotonisks, bet koncentrētāks - hipertonisks. Divi šķīdumi ir izotoniski (vai ekvimolāri), ja tiem ir vienāda koncentrācija.

Tikko izveidotajā piemērā šķīdums B ir hipertonisks (tāpēc tajā ir vairāk izšķīdušo vielu) nekā otrs (definēts kā hipotonisks); tāpēc normālos apstākļos šķīdinātājs ar osmozi pārvietojas no hipotoniskā uz hipertonisko šķīdumu. Mēs runājām par standarta apstākļiem, jo, spēlējoties ar fizikas likumiem, ir iespējams apgāzt pašu osmozes jēdzienu un dot priekšroku šķīdinātāja pārejai no visvairāk atšķaidītās koncentrācijas uz viskoncentrētāko (reversā osmoze).

Osmotiskais spiediens un reversā osmoze

Kā norādīts līdz šim, šķīdinātāja neto plūsma, ko rada osmoze, turpinās, līdz abi šķīdumi ir sasnieguši vienādu koncentrāciju. Šo kustību var novērst, apturēt vai pat mainīt, izdarot spiedienu uz nodalījumu ar vislielāko koncentrāciju.

Iepriekšējā piemērā pietiek ar virzuļa ievietošanu nodalījumā B (kurā mēs atceramies augstāku koncentrāciju) un ar noteiktu spēku to nospiež uz leju, lai veicinātu ūdens pāreju virzienā uz A; šajā gadījumā mēs runājam par pretēju virzienu. osmoze.

Osmotiskais spiediens ir spiediens, kas tieši pretojas šķīdinātāja pārejai caur puscaurlaidīgo membrānu; līdz ar to spiediens ir nepieciešams, lai neitralizētu osmozi.

Līdz šim teiktajam, diviem izotoniskiem šķīdumiem ir vienāds osmotiskais spiediens; tādēļ jāuzsver, ka osmotiskais spiediens ir atkarīgs tikai no šķīdumā esošo daļiņu skaita, nevis no to rakstura.

Osmoze un cilvēka ķermenis

Plazmas membrānas, kas ieskauj cilvēka ķermeņa šūnas, patiesībā ir daļēji caurlaidīgas membrānas, kas ļauj tieši caur osmozi iziet mazas molekulas (piemēram, ūdeni un urīnvielu), bet ne tās, kurām ir lielāka molekulmasa ( piemēram, olbaltumvielas, aminoskābes un cukuri). Tāpēc osmotiskais līdzsvars ķermeņa šķidrumos ir būtisks, lai šūnām garantētu optimālu vidi dzīvošanai.

Ja mēs ņemam šūnu kā sarkano asins šūnu un iegremdējam to hipotoniskā šķīdumā, tas - ar osmozi - tiek uzpūsts (ko izraisa ūdens iekļūšana), kas var pat izraisīt tā eksplodēšanu. Gluži pretēji, ja tas ir iegremdēts hipertonisku šķīdumu šūna, kurai tā iziet, ūdens izplūdes dēļ uz āru, smaga dehidratācija, kas izraisa tās saburzīšanos. Par laimi, cilvēka organismā šūnas ir iegremdētas izotoniskos šķīdumos attiecībā pret to iekšējo vidi, un ir dažādas sistēmas, lai šos šķidrumus saglabātu osmotiskā līdzsvarā.

Osmotiskais spiediens un pārtikas uzglabāšana

Uz brīdi padomāsim par mājās gatavotu ievārījumu ... cukuru bagātīgi pievieno ne tikai, lai uzlabotu tā garšu, bet arī un galvenokārt, lai palielinātu tā glabāšanas laiku. Tomēr cukurs ir svarīgs elements daudzu mikroorganismu dzīvē, kas iesaistīti produkta noārdīšanā. Šo šķietamo pretrunu izjauc pats osmozes jēdziens.

Ja mēs piemērojam šo likumu ievārījumam, patiesībā, tā kā tā osmotiskais spiediens ir daudz augstāks, burkā esošās baktēriju šūnas osmozes rezultātā zaudē ūdeni, saburzās un mirst (vai vismaz deaktivizējas). Tāpēc hipertonisku šķīdumu izmantošana paildzina pārtikas uzglabāšanas laiku, jo tas samazina ūdens pieejamību dzīvībai un mikroorganismu vairošanos. Osmozes likumi tiek izmantoti arī sālījumos (kuros pārtikas produkti ir iegremdēti hipertoniskos šķīdumos. šķīstošā viela ir parastais galda sāls). Citus piemērus sniedz kaperi (vai citi sālī konservēti pārtikas produkti) un sukādes. Tātad, ja jūs domājat, kāpēc sāli steikiem pievieno tikai vārot, tagad jums ir atbilde: tā klātbūtne neapstrādātā gaļā veicina intra- un ārpusšūnu sulu izdalīšanos, samazinot to garšu; tādā pašā veidā dažus dārzeņus, piemēram, baklažānus, pārkaisa ar sāli un atstāj uz pāris stundām atpūsties, lai tikai osmoze varētu iztīrīt ūdeni un rūgtu šķidrumu.