Definicja osmozy
Osmoza to spontaniczne przejście rozpuszczalnika (którym w układach biologicznych jest zwykle woda) z roztworu, w którym substancje rozpuszczone są bardziej rozcieńczone do tego, w którym są bardziej stężone; ten ruch - który zachodzi przez półprzepuszczalną błonę - trwa aż do osiągnięcia stanu równowagi, w którym oba roztwory uzyskują i utrzymują to samo stężenie.
Praktyczny przykład
Aby lepiej wyjaśnić pojęcie osmozy, wyobraźmy sobie, że mamy pojemnik podzielony na dwa przedziały o równej objętości (A i B) przez membranę półprzepuszczalną (czyli przepuszczalną tylko dla rozpuszczalnika - w tym przypadku wody - a nie dla w komorze A znajduje się roztwór wodny, w którym rozpuszczono łyżkę stołową glukozy, podczas gdy w części B mamy roztwór wodny o równej objętości, w którym rozpuszczono trzy łyżki glukozy (jest więc ona bardziej stężona). różnica tworzy gradient stężenia glukozy po bokach błony, a ponieważ ten cukier nie może przez nią przejść, równowaga zostaje osiągnięta wraz z przejściem wody z przedziału A (gdzie glukoza jest bardziej rozcieńczona) w kierunku przedziału B (gdzie jest bardziej obfita). ). Jeśli wolisz, można również powiedzieć, że woda przechodzi przez osmozę z roztworu, w którym jest bardziej stężona (A) do tego, w którym jest mniej stężona (B).
Po tym przepływie poziom wody w B wzrasta i spada w A, tworząc pewną różnicę poziomów między nimi. Zjawisko to kończy się, gdy oba roztwory osiągną to samo stężenie, a następnie utrzymują je na stałym poziomie.
Roztwory hipotoniczne, izotoniczne i hipertoniczne
Przyjmując dwa roztwory o różnym stężeniu molowym (różnej liczbie rozpuszczonych w nich cząstek), roztwór o najniższym stężeniu molowym określa się jako hipotoniczny, a bardziej stężony jako hipertoniczny. Zamiast tego dwa roztwory są izotoniczne (lub równomolowe), gdy mają takie samo stężenie.
W przedstawionym właśnie przykładzie rozwiązanie B jest hipertoniczne (dlatego zawiera więcej substancji rozpuszczonych) niż inne (zdefiniowane jako hipotoniczne); dlatego w normalnych warunkach rozpuszczalnik przemieszcza się przez osmozę z roztworu hipotonicznego do hipertonicznego. Rozmawialiśmy o warunkach standardowych, ponieważ bawiąc się prawami fizyki, można obalić samą koncepcję osmozy i sprzyjać przechodzeniu rozpuszczalnika z najbardziej rozcieńczonego do najbardziej stężonego (odwrócona osmoza).
Ciśnienie osmotyczne i odwrócona osmoza
Jak wyrażono do tej pory, przepływ netto rozpuszczalnika – wytworzony przez osmozę – trwa do momentu, gdy oba roztwory osiągną to samo stężenie. Cóż, ten ruch można przeciwdziałać, zatrzymać, a nawet odwrócić, wywierając nacisk na przedział o najwyższym stężeniu.
W poprzednim przykładzie wystarczy umieścić tłok w komorze B (o którym pamiętamy o wyższym stężeniu) i docisnąć go z pewną siłą w dół, aby ułatwić przepływ wody w kierunku A; w tym przypadku mówimy o odwrocie osmoza.
Ciśnienie osmotyczne to ciśnienie, które dokładnie przeciwdziała przechodzeniu rozpuszczalnika przez półprzepuszczalną membranę; w konsekwencji jest to ciśnienie niezbędne do przeciwdziałania osmozie.
Z tego, co zostało powiedziane do tej pory, dwa roztwory izotoniczne mają to samo ciśnienie osmotyczne; należy zatem podkreślić, że ciśnienie osmotyczne zależy wyłącznie od liczby cząstek obecnych w roztworze, a nie od ich charakteru.
Osmoza a organizm ludzki
Błony plazmatyczne otaczające komórki ludzkiego ciała są w rzeczywistości błonami półprzepuszczalnymi, które umożliwiają bezpośrednie przejście przez osmozę małych cząsteczek (takich jak woda i mocznik), ale nie tych o większej masie cząsteczkowej ( takie jak białka, aminokwasy i cukry). Równowaga osmotyczna w płynach ustrojowych jest zatem niezbędna do zagwarantowania komórkom optymalnego środowiska do życia.
Jeśli weźmiemy komórkę podobną do czerwonej krwinki i zanurzymy ją w roztworze hipotonicznym, to - na skutek osmozy - ulegnie ona obrzękowi (spowodowanemu wnikaniem wody), co może nawet doprowadzić do jej wybuchu. hipertoniczny roztwór komórki, której podlega, na skutek przepływu wody na zewnątrz, silnemu odwodnieniu, które powoduje jej zmarszczenie. Na szczęście w organizmie ludzkim komórki są zanurzone w roztworach izotonicznych w stosunku do ich środowiska wewnętrznego i istnieją różne systemy utrzymywania tych płynów w równowadze osmotycznej.
Ciśnienie osmotyczne i przechowywanie żywności
Zastanówmy się przez chwilę nad domowym dżemem… cukru dodaje się pod dostatkiem nie tylko po to, by poprawić jego smak, ale także i przede wszystkim, aby wydłużyć jego trwałość. Cukier jest jednak ważnym elementem życia wielu mikroorganizmów biorących udział w degradacji produktu. Ta pozorna sprzeczność jest usuwana przez samą koncepcję osmozy.
