Az ozmózis definíciója
Az ozmózis az oldószer (amely biológiai rendszerekben rendszerint víz) spontán átjutása abból az oldatból, amelyben az oldott anyagok jobban hígulnak, arra, amelyben jobban koncentrálódnak; ez a mozgás - amely féligáteresztő membránon keresztül történik - mindaddig folytatódik, amíg el nem éri az egyensúlyi helyzetet, amelyben mindkét oldat azonos koncentrációt nyer és tart fenn.
Gyakorlati példa
Az ozmózis fogalmának jobb tisztázása érdekében képzeljük el, hogy van egy tartályunk, amely két egyenlő térfogatú rekeszre (A és B) van osztva egy féligáteresztő membránnal (azaz csak az oldószer - ebben az esetben a víz - és nem az A rekeszben van egy vizes oldat, amelyben egy evőkanál glükózt oldottunk fel, míg a B részben egy egyenlő térfogatú vizes oldatot kaptunk, amelyben három evőkanál glükózt oldottunk fel (ezért koncentráltabb). A különbség a glükóz koncentrációjának gradiensét hozza létre a membrán oldalán, és mivel ez a cukor nem képes átlépni rajta, az egyensúly a víz A csatornából (ahol a glükóz hígabb) történő áthaladásával érhető el a B rész (ahol nagyobb mennyiségben) ). Ha úgy tetszik, az is elmondható, hogy a víz ozmózis útján halad át a koncentráltabb oldatból (A) a kevésbé koncentrált oldatba (B).
Ezt az áramlást követően a B vízszintje emelkedik és csökken A -ban, ami bizonyos szintkülönbséget hoz létre a kettő között. Ez a jelenség akkor ér véget, amikor a két oldat eléri ugyanazt a koncentrációt, majd állandó értéken tartja.
Hipotonikus, izotóniás és hipertóniás megoldások
Ha két különböző moláris koncentrációjú oldatot veszünk fel (különböző számú részecske oldódik fel bennük), akkor a legalacsonyabb moláris koncentrációjú oldatot hipotóniásnak, a koncentráltabbat pedig hipertóniásnak kell tekinteni. Ehelyett két oldat izotóniás (vagy ekvimoláris), ha azonos a koncentrációjuk.
Az imént készített példában a B oldat hipertóniás (ezért több oldott anyagot tartalmaz), mint a másik (hipotóniásként definiált); ezért normál körülmények között az oldószer ozmózis útján mozog a hipotóniásból a hipertóniás oldatból. Azért beszéltünk a standard feltételekről, mert a fizika törvényeivel játszva lehetséges az ozmózis fogalmának megdöntése és az oldószer átjutása a leghígított koncentrációtól a legkoncentráltabb felé (fordított ozmózis).
Ozmotikus nyomás és fordított ozmózis
Az eddigi kifejezések szerint az oldószer - ozmózis által generált - nettó áramlása addig tart, amíg a két oldat el nem éri ugyanazt a koncentrációt.Nos, ez a mozgás ellensúlyozható, leállítható, vagy akár vissza is fordítható, ha nyomást gyakorolunk a legnagyobb koncentrációjú rekeszre.
Az előző példában elegendő egy dugattyút a B rekeszbe helyezni (amire emlékezünk, hogy nagyobb a koncentrációnk), és bizonyos erővel le kell nyomni, hogy elősegítsük a víz A felé történő elvezetését; ebben az esetben fordított helyzetről beszélünk ozmózis.
Az ozmotikus nyomás az a nyomás, amely pontosan ellenzi az oldószer átjutását a féligáteresztő membránon; következésképpen az ozmózis ellensúlyozásához szükséges nyomás.
Az eddigiekhez képest két izotóniás oldat ozmotikus nyomása azonos; ezért hangsúlyozni kell, hogy az ozmotikus nyomás kizárólag az oldatban levő részecskék számától és nem azok természetétől függ.
Az ozmózis és az emberi test
Az emberi test sejtjeit körülvevő plazmamembránok valójában féligáteresztő membránok, amelyek lehetővé teszik a kis molekulák (például víz és karbamid) közvetlen átjutását ozmózison keresztül, de nem a nagyobb molekulatömegű molekulákat ( mint a fehérjék, aminosavak és cukrok). A testfolyadékok ozmotikus egyensúlya ezért elengedhetetlen ahhoz, hogy a sejtek számára optimális környezetet biztosítson az élethez.
Ha olyan sejtet veszünk, mint egy vörösvértestet, és hipotóniás oldatba merítjük, akkor ez - ozmózis révén - duzzanaton megy keresztül (amit a víz belépése okoz), ami akár felrobbanást is okozhat. Éppen ellenkezőleg, ha egy hipertóniás oldat a sejt, amelyen keresztülmegy, mivel a víz kifelé halad, és súlyos kiszáradást okoz, ami ráncokat okoz. Szerencsére az emberi szervezetben a sejtek belső környezetükhöz képest izotóniás oldatokba merülnek, és vannak különböző rendszerek, amelyek ezeket a folyadékokat ozmotikus egyensúlyban tartják.
Ozmotikus nyomás és élelmiszertárolás
Gondoljunk csak egy pillanatra egy házi lekvárra ... a cukrot bőségesen adják hozzá nemcsak az ízének javítása érdekében, hanem mindenekelőtt az eltarthatóságának növelése érdekében. Ennek ellenére a cukor fontos eleme a termék lebomlásában részt vevő számos mikroorganizmus életének. Ezt a látszólagos ellentmondást az ozmózis fogalma szünteti meg.
