Pin
Send
Share
Send


Օսմոզ ցածր մթնոլորտից ջրի մոլեկուլների շարժն է կիսա-թափանցելի մեմբրանի միջոցով լուծելի ներուժ դեպի բարձր լուծվող պոտենցիալի տարածք (կամ համարժեք, բարձր շրջանից) լուծիչ պոտենցիալ ցածր վճարունակ ներուժ ունեցող տարածաշրջանում): Մասամբ թափանցելի թաղանթը պետք է թափանցելի լինի լուծիչի (լուծույթի) վրա, բայց ոչ լուծույթին (լուծույթում լուծվող նյութը), որի արդյունքում ճնշման գրադիենտ է անցնում ամբողջ թաղանթում:

Օսմոզը կենսաբանության մեջ կարևոր թեմա է, քանի որ այն ապահովում է այն հիմնական միջոցները, որոնց միջոցով ջուրը տեղափոխվում է բջիջներ և դուրս: Մարդկային ստեղծագործությունը նաև սովորել է օգտվել օսմոզի հետ կապված սկզբունքներից `այնպիսի օգտակար գործընթացների համար, ինչպիսիք են ջրալուծումը, ջրի մաքրումը, ջրի մաքրումը և սննդի վերամշակումը:

Waterրի մոլեկուլները բջջային թաղանթով / տոնոպլաստով / պրոտոպլաստով անցնում են երկու եղանակով ՝ կա՛մ ֆոսֆոլիպիդային երկլեզրի միջոցով ուղղակիորեն տարածելով, կա՛մ aquaporins- ի միջոցով (փոքր տրանսմբրանային սպիտակուցներ, որոնք նման են հեշտացված դիֆուզացման և իոնային ալիքների ստեղծմանը):

Օսմոզը բնական երևույթ է: Այնուամենայնիվ, այն կարող է արհեստականորեն դեմ լինել `բարձր աղի համակենտրոնացման հատվածում ճնշումը մեծացնելով դրա նկատմամբ ցածր աղիքի կոնցենտրացիայի դեպքում: Օսմոտիկ ճնշումը հավասար է ուժի համար մեկ միավորի մակերեսին, որն անհրաժեշտ է կանխելու համար լուծիչի անցումը ավելի մեծ լուծիչների կոնցենտրացիայի տարածաշրջանում: Օսմոտիկ ճնշումը կախված է լուծիչի կոնցենտրացիայից, այլ ոչ թե նրա ինքնությունից:

Օսմոզի հիմնական բացատրությունը

Հաշվի առեք մի թափանցելի թաղանթ `բացվածքով բացվածքով թաղանթներով, որպեսզի անցնի ջրի մոլեկուլները, բայց ոչ ավելի մեծ մոլեկուլները:

Ենթադրենք, այս կիսամյակային (ընտրովի թափանցիկ) մեմբրանը գտնվում է մաքուր ջրի մի մասի մեջ, այսինքն ՝ առանձնացնելով մաքուր ջրի երկու շրջան: Մոլեկուլային մասշտաբով, ամեն անգամ, երբ ջրի մոլեկուլը հարվածում է մեմբրանին (նրանց բնական կինետիկ էներգիայի պատճառով), այն ունի անցնելու սահմանված հավանականություն: Այս դեպքում, քանի որ մեմբրանի երկու կողմերում հանգամանքները համարժեք են, դրա միջոցով ջրի զուտ հոսք չկա:

Այնուամենայնիվ, եթե կիսամյակային թաղանթի մի կողմում կա լուծում, ապա այդ կողմը կունենա ավելի քիչ ջրի մոլեկուլներ և, այդպիսով, ավելի քիչ բախումներ է մեմբրանի հետ: Դա կհանգեցնի ջրի զուտ հոսքի դեպի լուծույթին կողմը:

Ենթադրելով, որ մեմբրանը չի կոտրվում, այս զուտ հոսքը կդանդաղի և վերջապես կդադարի, քանի որ լուծման կողմում ճնշումը դառնում է այնպիսին, որ յուրաքանչյուր ուղղությամբ շարժումը հավասար է: (Անկախ նրանից, թե դա պայմանավորված է բնական հավասարակշռությամբ, թե ոչ, osmosis- ը խանգարվում է այնպիսի գործոններով, ինչպիսիք են ճնշման ներուժը կամ osmotic ճնշումը:)

Օսմոզը կարելի է բացատրել նաև էնդոպիայի հասկացության միջոցով ՝ վիճակագրական մեխանիկայից: Ինչպես վերը նշված է, ենթադրենք, որ կիսաթափանցիկ թաղանթը բաժանում է հավասար քանակությամբ մաքուր լուծիչ և լուծույթ: Քանի որ լուծումը ավելի շատ էնդրոպրիա ունի, քան մաքուր լուծիչը, թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը ասում է, որ լուծիչ մոլեկուլները կթռչեն լուծույթ, մինչև համակցված համակարգի մթնոլորտը առավելագույնի հասցվի: Ուշադրություն դարձրեք, որ ինչպես դա տեղի է ունենում, լուծիչը կորցնում է էնդրոփը, մինչդեռ լուծումը ստանում է էնդրոփիա: Հավասարակշռությունը, հետևաբար առավելագույն էնտրոպիա, կատարվում է այն դեպքում, երբ էնդրոփի գրադիենտը դառնում է զրո:

Օսմոզի օրինակներ

Բույսերի շատ բջիջներ կատարում են osmosis: Խցից դուրս ջրի օսմոտիկ մուտքը հակառակվում է և ի վերջո հավասարվում է բջջային պատի կողմից գործադրվող ճնշմանը ՝ ստեղծելով կայուն վիճակ: Փաստորեն, osmotic ճնշումը բույսերի տերեւներում աջակցության հիմնական պատճառն է: Այլ կերպ ասած, գործարանը ջրի մեջ է վերցնում, որպեսզի այն կարողանա ողջ մնալ:

Տերմինները հիպոթոնիկ, իզոտոնիկ կամ հիպերտոնիկ հղում են բջիջի նկատմամբ արտաքին լուծույթի կոնցենտրացիան: Եթե ​​բուսական բջիջը կամ կենդանական բջիջը տեղադրված են շաքարի կամ աղի լուծույթում.

  1. Եթե ​​բջիջը շրջապատող միջավայրը ունի ավելի բարձր ջրի կոնցենտրացիա, քան բջիջը (լուծույթների առումով ավելի քիչ կենտրոնացած է), բջիջը ջուր կստանա osmosis- ի միջոցով: Նման լուծումը կոչվում է a հիպոթոնիկ լուծույթ:
  2. Եթե ​​միջինն ունի ջրի նույն կոնցենտրացիան, ապա բջջային մեմբրանով ջրի զուտ շարժում չի լինի: Նման լուծումը կոչվում է a իզոտոնիկ լուծույթ:
  3. Եթե ​​միջինն ունի բջիջից ջրի ավելի ցածր կոնցենտրացիա, ինչը նշանակում է, որ այն ավելի կենտրոնացված լուծույթ է, բջիջը կկորցնի ջուրը օսմոզով: Նման լուծումը կոչվում է a հիպերտոնիկ լուծում:

Երբ բուսական բջիջը տեղադրվում է հիպերտոնիկ լուծույթում, խցում ջուրը տեղափոխվում է աղի համակենտրոնացման մեջ ավելի բարձր տարածք, իսկ բջիջը նեղանում է և դառնում անթափանց (արտասանվում է) կտավատի) Սա նշանակում է, որ բջիջը դարձել է պլազմոլիզացված. Այսինքն ՝ բջջային պատը (պլազմային թաղանթ) ամբողջովին առանձնացված է բջջային պատից ՝ դրա վրա ջրի ճնշման բացակայության պատճառով (հակառակը ամուր).

Օսմոզը նույնպես կարող է շատ արդյունավետ երևալ, երբ կարտոֆիլի կտորները ավելացվում են աղի լուծույթի բարձր կոնցենտրացիայի վրա: Կարտոֆիլի ներսից ջուրը շարժվում է դեպի աղի լուծույթ, ինչի արդյունքում կարտոֆիլը նեղանում է և կորցնում է իր «տուրբոր ճնշումը» (osmotic ճնշումը): Որքան ավելի կենտրոնացած է աղի լուծույթը, այնքան մեծ է կարտոֆիլի կտորի չափի և քաշի տարբերությունը:

Անսովոր միջավայրում օսմոզը կարող է շատ վնասակար լինել օրգանիզմների համար: Օրինակ ՝ ջրի տարբեր աղի մակարդակով ջրի մեջ տեղադրված քաղցրահամ և աղի ջրային ակվարիումային ձկները (քան նրանք հարմարվում են) արագորեն կմահանան, իսկ աղաջրային ձկների դեպքում ՝ բավականին կտրուկ: Նույն սկզբունքով սեղանի աղը օգտակար է տզրուկներն ու թեքերը սպանելու համար:

Օսմոտիկ ճնշում

Ինչպես նշվեց վերևում, օսմոզը կարող է ընդդիմանալ `բարձր աղի համակենտրոնացման շրջանում ճնշումը մեծացնելով ցածր աղիների համակենտրոնացման շրջանում: Մեկ միավորի տարածքի ուժը կամ ճնշումը, որը անհրաժեշտ է ընտրովի թափանցիկ թաղանթով ջրի անցումը կանխելու համար և ավելի մեծ կոնցենտրացիայի լուծույթ է, համարժեք է osmotic ճնշում լուծման, կամ տուրբորի: Օսմոտիկ ճնշումը կոլեգատիվ հատկություն է, ինչը նշանակում է, որ գույքը կախված է լուծույթի համակենտրոնացումից, բայց ոչ լուծույթի տեսակից:

Theնշման բարձրացումը մեծացնում է համակարգի քիմիական ներուժը մոլային ծավալին համամասնորեն () Հետևաբար, osmosis- ը դադարում է, երբ ճնշման պատճառով ներուժի բարձրացումը հավասար է հավանական 1-ի հավասարության հնարավոր նվազմանը, այսինքն.

Որտեղ է osmotic ճնշումը և լուծիչի մոլային ծավալն է:

Շատ ցածր լուծվող կոնցենտրացիաների դեպքում, -լն (1-) ≈ և 2-րդ հավասարումը կարող է վերափոխվել հետևյալ արտահայտության ՝ osmotic ճնշման համար.

Հակադարձ և առաջ տվող osmosis և ծրագրեր

Հակադարձ osmosis. Օսմոզի պրոցեսը կարող է հակադարձ լինել հակառակ լուծույթով, բարձր լուծույթային կոնցենտրացիայի մի շրջանից տեղափոխվում է ցածր աղի համակենտրոնացման մի շրջան ՝ օսմոտիկ ճնշման գերազանցմամբ ճնշում գործադրելով: Հակառակ osmosis տեխնիկան սովորաբար կիրառվում է ջրահեռացման, ջրի մաքրման, ջրի մաքրման և սննդի վերամշակման մեջ: Pressureնշման փոխանակման վերջին զարգացումները և ցածր ճնշման մեմբրանների շարունակական զարգացումը զգալիորեն նվազեցրել են հակադարձ osmosis- ով արտադրված ջրի ծախսերը:

Փոխանցել osmosis. Օսմոզը կարող է օգտագործվել ուղղակիորեն `անցանկալի լուծույթներ պարունակող« կերային »լուծույթից ջրի առանձնացման համար: Ավելի բարձր osmotic ճնշման «նկարում» լուծույթ, քան կերային լուծույթն օգտագործվում է կիսա-թափանցիկ մեմբրանի միջոցով ջրի զուտ հոսք առաջացնելու համար, այնպես, որ կերային լուծույթը խտացվի, քանի որ ոչ-ոքի լուծույթը դառնում է նոսր: Նոսրացված ոչ-ոքի լուծույթը այնուհետև կարող է օգտագործվել ուղղակիորեն (ինչպես գլյուկոզայի պես կլանվող լուծույթով), կամ ուղարկվել է երկրորդական տարանջատման գործընթաց ՝ վիճակահանության լուծույթի հեռացման համար: Այս երկրորդական տարանջատումը կարող է լինել ավելի արդյունավետ, քան հակադարձ osmosis- ի գործընթացը միայնակ կլինի ՝ կախված օգտագործվող ոչ-ոքի լուծվող լուծույթից և բուժվող աղբյուրից: Forward osmosis- ը շարունակական հետազոտությունների ոլորտ է, որի ուշադրության կենտրոնում են ապամոնտաժման, ջրի մաքրման, ջրի մաքրման և սննդի վերամշակման ծրագրերը:

Հղումներ

  • Մուրադը, Ս., Կ. Օդերը և Linին Լինը: 1998. «mրային և էլեկտրոլիտային լուծույթներում օսմոզի, հակադարձ osmosis- ի և էլեկտրոօսմոզի մոլեկուլային սիմուլյացիա»: Մոլեկուլային ֆիզիկա 95: 401-408.
  • Փաուլսը, G.. Գ., Եւ Ս. Մուրադը: 1998. «Կիսաթափանցիկ մեմբրանների սիմուլյացիա. Էլեկտրոլիտային լուծույթներում օսմոզ, հակադարձ osmosis և էլեկտրո-օսմոզ»: Ամսագիր մոլեկուլային հեղուկների մասին 78: 225-231.
  • Փաուլսը, J. G., B. Holtz, W. A. ​​B. Evans, and S. Murad. 1997. «Կարո՞ղ է լինել osmotic ճնշումը բացասական: Մոլեկուլային ֆիզիկա 90: 665-670.

Pin
Send
Share
Send