Osmoză

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 27 decembrie 2020; verificările necesită 7 modificări .

Osmoză (din greacă ὄσμος  - împingere, presiune) - transfer spontan ( difuzie ) al unui solvent printr -o membrană semi-permeabilă care nu permite trecerea solutului și separă două soluții ale aceleiași substanțe cu concentrații diferite sau un solvent pur și o soluție [1] . Osmoza aduce sistemul mai aproape de echilibru ca urmare a egalizării concentrațiilor pe ambele părți ale partiției - solventul difuzează în direcția de la o soluție diluată sau un solvent pur la o soluție mai concentrată [2] .

O interpretare mai amplă a fenomenului de osmoză se bazează pe aplicarea principiului Le Chatelier-Brown : dacă un sistem aflat în echilibru stabil este acționat din exterior, modificând oricare dintre condițiile de echilibru (temperatura, presiune, concentrație, câmp electromagnetic extern). ), apoi procesele din sistem cresc în scopul compensării influențelor externe.

Istoria descoperirii osmozei

Osmoza a fost descoperită de naturalistul francez J.-A. Nollet (1748); prima măsurare a presiunii osmotice a fost făcută de W. Pfeffer (1877) [1] .

Esența procesului

Fenomenul de osmoză se observă în acele medii în care mobilitatea solventului este mai mare decât mobilitatea substanțelor dizolvate. Un caz special important de osmoză este osmoza printr-o membrană semipermeabilă . Se numesc membrane semi-permeabile, care au o permeabilitate suficient de mare nu pentru toate, ci numai pentru unele substanțe, în special pentru un solvent. (Mobilitatea substanțelor dizolvate în membrană este relativ scăzută). De regulă, acest lucru se datorează dimensiunii și mobilității moleculelor, de exemplu, o moleculă de apă este mai mică decât majoritatea moleculelor de substanțe dizolvate. Dacă o astfel de membrană separă soluția și solventul pur, atunci concentrația solventului în soluție este mai puțin ridicată, deoarece unele dintre moleculele sale sunt înlocuite de moleculele solutului. Ca rezultat, tranzițiile particulelor de solvent din secțiunea care conține solventul pur în soluție vor avea loc mai des decât în ​​direcția opusă. În consecință, volumul soluției va crește (și concentrația substanței va scădea), în timp ce volumul solventului pur va scădea în mod corespunzător.

De exemplu, o membrană semi-permeabilă aderă la o coajă de ou din interior: permite trecerea moleculelor de apă și reține moleculele de zahăr . Dacă o astfel de membrană separă soluțiile de zahăr cu o concentrație de 5 și, respectiv, 10%, atunci numai moleculele de apă vor trece prin ea în ambele direcții . Ca urmare, într-o soluție mai diluată, concentrația de zahăr va crește, iar într-una mai puțin diluată, dimpotrivă, va scădea. Când concentrația de zahăr din ambele soluții devine aceeași, echilibrul va ajunge. Soluțiile care au ajuns la echilibru se numesc izotonice . Dacă se are grijă ca concentrațiile să nu se modifice, presiunea osmotică va atinge o valoare constantă atunci când fluxul invers al moleculelor de apă devine egal cu cel direct.

Osmoza direcționată în interiorul unui volum limitat de lichid se numește endosmoză , exosmoză către exterior . Transportul unui solvent prin membrană este determinat de presiunea osmotică . Această presiune osmotică apare conform principiului lui Le Chatelier datorită faptului că sistemul încearcă să egaleze concentrația soluției în ambele medii separate de o membrană și este descrisă de a doua lege a termodinamicii . Este egal cu excesul de presiune externă care ar trebui aplicată din partea soluției pentru a opri procesul, adică pentru a crea condiții pentru echilibrul osmotic. Depășirea presiunii în exces față de presiunea osmotică poate duce la inversarea difuziei osmozei înapoi a solventului .

În cazurile în care membrana este permeabilă nu numai la solvent, ci și la unele substanțe dizolvate, transferul acestora din urmă din soluție în solvent face posibilă efectuarea dializei , care este utilizată ca metodă de purificare a polimerilor și a sistemelor coloidale din impurități cu greutate moleculară mică, cum ar fi electroliții .

Semnificația osmozei

• Elasticitate , turgescență celulară : Celulele vegetale folosesc osmoza pentru a crește volumul vacuolei , astfel încât acesta să extindă pereții celulari ( presiunea turgenței ). Celulele vegetale fac acest lucru prin depozitarea zaharozei. Prin creșterea sau scăderea concentrației de zaharoză din citoplasmă, celulele pot regla osmoza. Datorită acestui fapt, elasticitatea plantei în ansamblu crește. Multe mișcări ale plantelor sunt asociate cu modificări ale presiunii turgenței (de exemplu, mișcări ale mustăților de mazăre și ale altor plante cățărătoare);

• Elasticitatea țesuturilor , forma organelor;

• Asimilarea alimentelor , formarea limfei , urinei , fecalelor ;

• Acțiunea medicamentelor ;

• Datorită osmozei, apa din organism este distribuită între sânge , țesuturi , celule : Osmoza joacă un rol important în multe procese biologice. Membrana care înconjoară o celulă normală din sânge este permeabilă doar la moleculele de apă, oxigen , unele dintre substanțele nutritive dizolvate în sânge și deșeurile celulare; pentru moleculele mari de proteine ​​care sunt în stare dizolvată în interiorul celulei, este impenetrabilă. Prin urmare, proteinele atât de importante pentru procesele biologice rămân în interiorul celulei;

• Osmoza este implicată în transportul nutrienților în trunchiurile copacilor înalți , unde transportul capilar nu poate îndeplini această funcție;

• Din cele mai vechi timpuri, omenirea, deși nu înțelege semnificația fizică, a folosit efectul osmozei în procesul de sărare a alimentelor. Ca rezultat, celulele patogene s- au plasmolizat ;

• Osmoza este utilizată pe scară largă în tehnologia de laborator: în determinarea caracteristicilor molare ale polimerilor, concentrarea soluțiilor și studierea diferitelor structuri biologice. Fenomenele osmotice sunt uneori folosite în industrie, de exemplu, la producerea anumitor materiale polimerice, la purificarea apei foarte mineralizate prin metoda osmozei inverse a lichidelor;

• Protozoarele de apă dulce au și o vacuolă , dar sarcina vacuolelor de protozoare este doar de a pompa apa în exces din citoplasmă pentru a menține o concentrație constantă de substanțe dizolvate în ea;

• Osmoza joacă, de asemenea, un rol important în ecologia corpurilor de apă. Dacă concentrația de sare și alte substanțe din apă crește sau scade, atunci locuitorii acestor ape vor muri din cauza efectelor nocive ale osmozei.

Utilizare industrială

Prima centrală electrică din lume  - un prototip care folosește fenomenul osmozei pentru a genera electricitate, a fost lansată de Statkraft pe 24 noiembrie 2009 în Norvegia, lângă orașul Tofte. Marea sărată și apa dulce de la centrala electrică sunt separate printr-o membrană . Întrucât concentrația de săruri în apa de mare este mai mare, fenomenul de osmoză se dezvoltă între apa sărată a mării și apa dulce a fiordului - un flux constant de molecule de apă prin membrană către soluția de sare, rezultând presiunea de apă dulce pe membrană [3] . Această presiune corespunde presiunii unei coloane de apă de 120 de metri înălțime. Debitul de apă este suficient pentru a antrena o hidroturbină care generează energie. Producția este limitată, scopul principal este testarea echipamentelor. Cea mai problematică componentă a unei centrale electrice sunt membranele. Potrivit experților Statkraft, producția mondială ar putea fi între 1.600 și 1.700 TWh, ceea ce este comparabil cu consumul Chinei din 2002. Limitarea este legată de principiul de funcționare - astfel de centrale electrice pot fi construite doar pe coastă.

Fenomenul osmozei își găsește aplicarea în foraj, în construcția sondelor de petrol și gaze. Aici, osmoza are loc sub formă de fluxuri osmotice prin crusta argilosă de pe pereții puțului, care joacă rolul unei membrane permeabile la solvent (filtrat de soluție). Direcția acestor curgeri este importantă, în primul rând atunci când se forează roci fragile predispuse la crăpare și vărsare (mai ales pietre de noroi). Osmoza direcționată de la fântână către rocile care alcătuiesc pereții puțului duce la saturarea porilor și a fisurilor cu lichid și, ca urmare, la vărsarea și prăbușirea rocilor și formarea intensă a cavernelor. Dacă gradientul de osmoză este direcționat de la pereții puțului către puțul în sine, acest lucru va contribui la stabilitatea pereților, va preveni șapele și prăbușirile. În acest scop, se recomandă creșterea treptată sau treptată a mineralizării fluidului de foraj în cursul adâncirii intervalului compus din roci casante.

Vezi și

• osmoza directa
• Osmoza inversa
• Electroosmoza
• osmoza anormala
• Exoosmoza
• Endoosmoza

Note

1. ↑ 1 2 Ageev E. P. , Osmos, 2014 .
2. ↑ Rebinder P.A. , Osmos, 1964 .
3. ↑ Kilowatt sărat . Preluat la 3 iulie 2012. Arhivat din original la 4 august 2012. (nedefinit)

Literatură

• Ageev E.P. Osmoza  // Marea Enciclopedie Rusă . - M . : Marea Enciclopedie Rusă , 2014. - T. 24 . - S. 548 . (Rusă)
• Griffin D., Novik Al. Organism viu, trad. din engleză. - M .: Mir, 1973.
• Ershov. Chimie generală. — Ediția a opta, stereotipă. - Moscova: Şcoala superioară, 2010. - 559 p.
• Curs de chimie fizică / ed. Da. I. Gerasimova. - M. - L., 1963-1966. - V. 1-2.
• Melvin-Hughes E. A. Chimie fizică, trad. din engleză, carte. 1-2. - M. , 1962.
• Nobel P. Fiziologia celulelor vegetale (abordare fizico-chimică), trad. din engleză. - M. , 1973.
• Pasynsky A. G. Chimia coloidului. - Ed. a 3-a. - M. , 1968.
• Prosser L., Brown F. Comparative animal physiology, trad. din engleză. - M. , 1967.
• Reliant P. A. . Osmoza // Scurtă Enciclopedie Chimică. -M.:Enciclopedia Sovietică, 1964. -T. 3. -S. 398 (stb. 795-796). (Rusă)

Link -uri

• Konovalov D.P .,. Osmoza // Dicționar enciclopedic al lui Brockhaus și Efron  : în 86 de volume (82 de volume și 4 suplimentare). - Sankt Petersburg. , 1890-1907.
• Osmoza - un articol din enciclopedia „Round the World”
• Osmoza - articol din Marea Enciclopedie Sovietică . 

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare catalană Mare norvegian Rusă mare Brockhaus și Efron in jurul lumii Micul Brockhaus și Efron Britannica (online) Desktop
În cataloagele bibliografice BNF : 119782463 GND : 4043973-2 J9U : 987007553480705171 LCCN : sh85095934 NDL : 00571168 NKC : ph556172