Осмотическое давление

Приложения

Осмотическое давление на эритроциты

Измерение осмотического давления может использоваться для определения молекулярная масса.

Осмотическое давление — важный фактор, влияющий на клетки. Осморегуляция это гомеостаз механизм организма для достижения баланса осмотического давления.

• наличие раствора, заставляющего клетки сокращаться.
• наличие раствора, вызывающего набухание клеток.
• — это наличие раствора, не вызывающего изменения объема ячейки.

Когда биологический клетка находится в гипотонической среде, внутри клетки накапливается вода, вода течет через клеточная мембрана в клетку, заставляя ее расширяться. В клетки растений, то клеточная стенка ограничивает расширение, в результате чего давление на стенку ячейки изнутри называется тургорное давление. Тургорное давление позволяет травянистые растения стоять прямо. Это также определяющий фактор того, как растения регулируют апертуру своих устьица. В клетках животных чрезмерное осмотическое давление может привести к цитолиз.

Осмотическое давление — основа фильтрации («обратный осмос»), процесс, обычно используемый в очистка воды. Очищаемая вода помещается в камеру и подвергается давлению, превышающему осмотическое давление, оказываемое водой и растворенными в ней веществами. Часть камеры открывается для дифференциально проницаемой мембраны, которая пропускает молекулы воды, но не растворенные частицы. Осмотическое давление океанской воды около 27 банкомат. Обратный осмос опресняет пресная вода из соленая вода океана.

Что происходит в капиллярах

Процесс доставки питательных веществ из капилляров в ткани требует гораздо более эффективного механизма переноса, чем простая диффузия. Это важнейшее для организма движение включает в себя два механизма. Первый заключается в том, что жидкость перемещается из области более высокой концентрации веществ, в капиллярном слое, в область более низкой (в тканях) посредством фильтрации. Второй механизм заключается в перемещении жидкости из области более высокого напора — это реабсорбция. Для управления каждым из этих процессов взаимодействуют два типа давления:

• Гидростатическое;
• Осмотическое.

Первичной движущей силой перемещения жидкости между капиллярами и тканями является гидростатическое давление, которое можно определить, как напор любой жидкости, заключённой в пространстве. В кровеносной системе это сила, оказываемая кровью или сосудами. Напор, оказываемый кровью на стенку капилляра, называется капиллярным гидростатическим давлением.

Также рекомендуем прочитать: Симптомы и лечение отравления арбузом в домашних условиях УЗДГ (ультразвуковая допплерография) сосудов головного мозга Симптомы избытка йода в организме человека Почему болит голова на макушке: причины и лечение

Когда жидкость выходит из капилляра и перемещается в ткани, напор в межклеточном пространстве соответственно повышается. Этот противодействующий гидростатический тургор называется гидростатическим давлением промежуточной жидкости.

Как правило, капиллярный гидростатический показатель значительно выше значений в промежуточной жидкости. Это происходит, потому что лимфатические сосуды постоянно поглощают избыток жидкости из тканей.

Что такое осмотическое давление, и как оно влияет на человеческий организм

Осмос возникает в организме человека на границе двух различных растворов, разделенных между собой полупроницаемой мембраной. У одной жидкости есть возможность сквозь стенки проникать во вторую, которая уже подверглась воздействию первой.

На примере человеческого организма можно показать природу осмотического давления: вода проходит сквозь мембрану и попадает в кровь. Плазма содержит определенную концентрацию минеральных солей, глюкозы, белков. Показатель осмотического давления дает знать, достаточно ли обеспечен организм обменом водой между кровяным руслом и органами, которые находятся с внешней стороны сосудов. Осмотическое давление в организме человека — это величина силы, которая заставляет двигаться воду сквозь защитную оболочку эритроцитов.

Оптимальная концентрация солевого раствора в кровяном русле должна быть 0,9 %. Такой показатель имеет название изотонический. Он равен величине осмоса крови. При величине, превышающей данный показатель, осмотическое давление становится гипертоническим. В случае, если данная цифра ниже, — гипотоническим. Для того чтобы организм человека функционировал в нормальном режиме, осмотическое давление должно быть в пределах оптимальных значений.

Понятно, что показатель осмоса не может быть постоянным, но если концентрация солей повышена или понижена на короткое время, то здоровая выделительная система без проблем удаляет лишнюю жидкость, солевые растворы и другие вещества. В этом случае организм сам заботится о присутствии внутри него правильного количества соли. Когда здоровье человека дает сбой, и осмотическое давление длительный период либо пониженное, либо повышенное, то это может стать причиной возникновения определенных болезней.

Среди наиболее вероятных последствий можно назвать гемолиз. Это такое состояние, при котором лопаются оболочки эритроцитов, и они растворяются в жидкости. Внешний вид крови, содержащей такие погибшие красные тельца, немного прозрачен. Если параметры силы осмоса далеки от оптимальных, то исчезнет упругость клеток, тканей и целых органов. И при повышенном осмотическом давлении, и при пониженном, у эритроцитов крови та же участь — разрушение.

Осмотическое давление и гидростатическое давление

Осмотическое давление — это также механическое давление, действующее на мембрану. Если разница осмотического давления очень большая, это может привести к разрыву мембраны (в случае гемолиза ).

И наоборот, если мы оказываем механическое ( гидростатическое ) давление , мы можем заставить частицы проходить через мембрану. Это то, что происходит при остром отеке легких , и это то, что используется при обратном осмосе . Это явление также наблюдается на яйцах аквариумных рыб, которые могут лопнуть или раздавиться в зависимости от разницы осмотического давления на каждой стороне мембраны, скорлупы.

Обратный осмос представляет собой метод очистки воды; это также метод опреснения (или опреснения) морской воды, позволяющий производить пресную воду .

Осмос можно использовать для создания микроскопических осмотических насосов ; В этом микронасосе батарея заменена некоторым количеством соли . Эта соль более сконцентрирована в устройстве, чем снаружи, из-за осмотического давления она имеет тенденцию выходить из своего резервуара. При этом «выходной ток», который он создает, вызывает входной ток (то есть «накачку»). Эта система использовалась в микролаборатории размером с таблетку, которая может брать образцы микробиоты из кишечника для исследования.

Как питание сказывается на осмотическом давлении

Сбалансированное правильное питание – один из способов профилактики скачков показателей и их последствий. Негативно влияют на осмотическое и онкотическое давление крови следующие пищевые привычки:

• Избыток соли в пище. Увлечение солью, специями и искусственными добавками провоцирует отложение натрия, что вызывает уплотнение стенок сосудов. В результате прохождение и выведение воды затрудняется, кровь циркулирует быстрее, артериальное давление возрастает, образуются отеки.
• Увлеченность некоторыми напитками. Например, кока-кола, кофе, пиво способны за двадцать минут изменить Ph среды плазмы крови, чем спровоцировать склеивание эритроцитов и повышение давления.
• Голодание, увлечение диетами. При несбалансированном или недостаточном питании уменьшается концентрация белков (гипопротеинемия), что провоцирует изменение вязкости, образование тромбов, снижение иммунитета, чувство усталости и апатии, понижение онкотического давления.

  Сладкие газированные напитки повышают давление

• Несоблюдение режима потребления воды, чаще – недостаточное потребление. Возникает обезвоживание, сгущение крови, истощение клеток, возникает чувство жажды.

Важно! Лучше не допускать критического состояния, а регулярно выпивать по стакану воды и следить за режимом ее потребления-выведения из организма. Об особенностях измерения кровяного давления вам подробно расскажут в этом видео:

Об особенностях измерения кровяного давления вам подробно расскажут в этом видео:

От чего зависит параметр?

Другой ученый Вант-Гофф из Нидерландов в 1886 году выявил зависимость осмотического давления от некоторых параметров.

Согласно его исследованиям, величина находится в зависимости от:

• содержания частиц вещества;
• от температуры.

При этом параметр не зависит от происхождения вещества и жидкости.

Полученные выводы Вант-Гофф описал уравнением: π = RCT. Оно описывает зависимость осмотического давления от температуры и содержания частиц вещества.

Получается, что для возникновения осмотического давления необходимо наличие двух смесей различной концентрации, а также полупроницаемая пленка —  мембрана.

Осмотическое и онкотическое давление плазмы крови

Осмотическое давление – то, что способствует проникновению раствора через полупроницаемую клеточную мембрану в сторону, где концентрация выше

Именно благодаря этому важному показателю в организме происходит обмен жидкостью между тканями и кровью

А вот онкотическое давление помогает удерживать кровь в русле. За молярный уровень данного показателя отвечает белок альбумин, способный притягивать к себе воду.

Главная задача этих параметров – поддерживать внутреннюю среду организма на постоянном уровне со стабильной концентрацией составляющих клетки.

Характерными особенностями этих двух показателей можно считать:

• изменение под воздействием внутренних факторов;
• постоянство у всех живых организмов;
• уменьшение после интенсивной физической нагрузки;
• саморегуляция организмов при помощи внутриклеточного калиевого насоса – запрограммированной на клеточном уровне формулы идеального состава плазмы.

Вода и электролиты

3. Осмотическое давление и осмоляльность

3.3. Методы измерения осмолярности

В мировой практике осмоляльность биологических жидкостей измеряется с помощью высокочувствительных приборов, называемых осмометрами.

Водные растворы, какими являются биологические жидкости, характеризуются группой связанных друг с другом свойств, называемых коллигативными (коллективными). Четыре свойства из группы коллигативных свойств рассматриваются обычно вместе, а именно:

1. Понижение давления пара растворителя над раствором

где  — моляльность;  – константа давления пара.

2. Повышение температуры кипения раствора

где  – моляльность;  – эбулиоскопическая константа.

3. Понижение температуры замерзания раствора

где  – моляльность;  – криоскопическая константа.

4. Осмотическое давление

где  – моляльность;  – константа осмотического давления.

Как видно, эти свойства изменяются пропорционально концентрации  растворенного вещества. Причем, эти свойства не зависят от природы и химического состава растворенного вещества. Каждое из перечисленных коллигативных свойств может быть измерено (причем, измерив одно свойство, можно рассчитать другие по известным формулам) и использовано для построения приборов, называемых осмометрами, которые широко применяются в мировой клинической практике для контроля осмоляльности биологических жидкостей (кровь, моча, ликвор идр.) и водных растворов (инфузионные растворы, кровезаменители, растворы парентерального и энтерального питания и др.).

В соответствии с перечисленными свойствами на мировом рынке медицинской техники существуют:

•  осмометры давления пара;

•  осмометры по точке замерзания (криоскопические);

•  мембранные осмометры (осмометры прямого действия).

 учитывая специфический характер второго свойства, на практике осмометры по температуре кипения для биологических объектов не нашли применения.

При выборе осмометра необходимо понимать, что по некоторым характеристикам они не взаимозаменяемы. Дадим характеристику каждому.

Осмометры давления пара

Этот тип приборов отличается тем, что для измерения требуется минимальный объем пробы (единицы микролитров), что имеет большое значение, когда из объекта исследования нельзя взять больший объем. Однако по причине малости объема пробы осмометры давления пара имеют большую погрешность по сравнению с другими. Кроме того, результат измерения зависит от изменения атмосферного давления. Основное применение эти приборы нашли в научных исследованиях и педиатрической практике для исследований крови новорожденных, взятой из пальчика или пяточки. Диапазон измеряемых концентраций ограничивается 2000 ммоль/кг Н₂О. В российских ЛПУ они не нашли широкого применения. В Европейском союзе осмометры давления пара производит фирма Dr . Knauer , Gonotec (Германия), в США — фирма Wescor .

Мембранные осмометры

Осмосом называется процесс, при котором происходит движение молекул растворителя из раствора с низкой концентрацией в раствор с высокой концентрацией через мембрану, проницаемую только для молекул растворителя. На этом свойстве строятся осмометры, называемые мембранными. В их конструкции могут использоваться как искусственные мембраны (например, целлофан), так и природные (например, кожа лягушки).

Приборы этого типа используются для измерения так называемого коллоидно-осмотического давления крови (КОД), которое создается высокомолекулярной (более 30000 Д) составляющей общей концентрации осмотически активных частиц, содержащихся в плазме крови. Это давление называется также онкотическим и создается преимущественно белками. КОД составляет менее 3 ммоль/кг Н2О и поэтому незначительно влияет на общее осмотическое давление, но имеет определяющее значение для процессов транскапиллярного обмена

Эта составляющая общего давления имеет важное диагностическое значение. Мембранные осмометры производят фирмы Dr

Knauer , Gonotec , Германия (Osmomat 050), в США — фирма Wescor . Интересно, что фирма доктора Кнауэра предлагает всю линейку осмометров, перекрывая, таким образом, весь диапазон частиц с молекулярной массой, включая миллионные.

Приборы этого типа в России не производятся. О применении зарубежных приборов имеется скудная информация.

Осмометры, принцип действия которых основан на измерении понижения (депрессии) температуры замерзания раствора в сравнении с температурой замерзания растворителя (в нашем случае воды), нашли наибольшее распространение по причине наилучшей пригодности этой методики для лабораторной клинической диагностики нарушений водного и электролитного баланса (молекулярные массы частиц биологических жидкостей не превышают 30000 Д).

Как измеряется, и о чем говорят показатели

Во время проведения лабораторных исследований кровь или отдельно плазма замораживаются. От того, какова будет температура заморозки, зависит тип соляной концентрации. В норме этот показатель должен составить 7,5-8 атм. Если удельный вес соли увеличится, то и температура, при которой замерзнет плазма, будет намного выше. Также измерять показатель можно при помощи специально предназначенного прибора – осмометра.

Частично осмотическая величина создает онкотическое давление при помощи белков плазмы. Они отвечают за уровень водного баланса в организме. Норма этого показателя: 26-30 мм.рт.ст.

Когда белковый показатель уменьшается, у человека возникает отечность, которая формируется на фоне повышенного потребления жидкости, что способствует ее скоплению в тканях. Такое явление наблюдается при снижении онкотического давления, на фоне длительного голодания, проблем с почками и печенью.

Свойства осмотического давления

Осмотическое давление характеризуется свойством тоничности, которое считается его градиентной мерой. Речь идет о потенциале различия между парой растворов, которые отделены друг от друга мембраной полупроницаемого типа.

Вещество, которое в сравнении с другим раствором имеет более существенный показатель осмотического давления, называют гипертоническим раствором. Гипотонический раствор имеет низкий показатель осмотического давления. Поместите подобный раствор в замкнутое пространство (к примеру, в кровяную клетку) – и вы увидите, как осмотическое давление разорвет мембрану клетки.

Когда в кровь вводят лекарства, они в самом начале смешиваются с изотоническим раствором. Чтобы осмотическое давление клеточной жидкости было уравновешенным, хлорид натрия в растворе должен содержаться в определенной пропорции. Если бы лекарства изготавливали на основе воды, осмотическое давление разрушало бы кровяные клетки. При создании растворов с большой концентрацией веществ вода будет вынуждена покидать клетки – в итоге они станут сжиматься.

В отличие от животных клеток, в растительных под действием давления их содержимое подвергается отрыву от оболочки. Это явление именуют плазмолизом.

Как измеряется осмотическое давление и его важность

Осмотическое давление измеряют двумя способами. Выбор осуществляется в зависимости от сложившейся ситуации.

Криоскопический способ

Основан на зависимости температуры, при которой раствор замерзает (депрессии), от концентрации в нем веществ. У насыщенных депрессия ниже, чем у разбавленных. Для крови человека при нормальном давлении (7,5 – 8 атм) это значение колеблется от -0,56 °С до – 0,58 °С.

Для измерения давления крови в этом случае используют специальный прибор – осмометр

Измерение осмометром

Это специальный прибор, представляющий собой два сосуда с разделяющей перегородкой, имеющей частичную проходимость. В один из них помещают кровь, накрывают крышкой с измерительной шкалой, в другой – гипертонический, гипотонический или изотонический раствор. Уровень столба воды в трубке и является показателем осмотической величины.

Для жизни организма осмотическое давление плазмы крови – фундамент. Оно наделяет ткани необходимыми нутриентами, следит за здоровым и исправным функционированием систем, обуславливает движение воды. В случае ее избытка эритроциты увеличиваются, их оболочка лопается (осмотический гемолиз), при дефиците происходит противоположный процесс – усыхание. В основе работы каждого уровня (клеточный, молекулярный) лежит этот процесс. Все клетки организма – полупроницаемые мембраны. Колебания, обусловленные неверной циркуляцией воды, ведут к набуханию или обезвоживанию клеток и, как следствие, органов.

Запомните, что осмотическое давление оказывает влияние на весь организм в целом

Еще одна важная роль – влияние на функционирование и продолжительность жизни каждой клетки. Отвечающие за онкотическое давление белки важны для свертываемости и вязкости крови, поддержания Ph – среды, защиты эритроцитов от склеивания. Также они обеспечивают синтез и транспорт питательных веществ.

https://youtube.com/watch?v=QOimN9eYXLw

Феномен

Осмос демонстрируется прохождением молекул или ионов через мембрану (проницаемую или полупроницаемую), которая разделяет два раствора разного состава (или концентрации). Мембрана должна быть проницаемой для воды (или для растворителя в целом) и непроницаемой для растворенных веществ (идеальные полупроницаемые, селективные или диализирующие мембраны).

Пока два раствора не содержат одинакового количества растворенных частиц в единице объема, происходит движение воды (или растворителя) из наименее концентрированного отсека (называемого гипотонической средой) в наиболее концентрированный отсек (средний гипертонический), который стремится уравновесить концентрации.

Осмос — причина тургора и плазмолиза растительной клетки.

Как измеряют?

Измерения в лабораторных условиях проводят при помощи специального прибора – осмометра. При этом определение осуществляется двумя методами:

Единственное, важное условие осуществления эксперимента – грамотный подбор мембраны. В лабораторных условиях чаще всего используют:

В лабораторных условиях чаще всего используют:

• целлофановую пленку;
• полимеры синтетического или природного происхождения;
• перегородки из керамики или стекла;
• мембраны растительного происхождения.

Осмотическое давление также можно определить теоретически по некоторым показателям и химическим формулам.

Профилактические методы

На регуляцию силы осмоса оказывают влияние почки. Если организм нуждается в дополнительной жидкости, то насыщенность крови активными веществами будет избыточной, а это провоцирует возрастание значения давления. Поэтому нужно внимательно относиться к своим чувствам, и если возникает жажда, ее тут же нужно утолять.

Также следует придерживаться правильного питания:

1. Следят за количеством соли в пище. Пересол и избыточное увлечение пряностями может привести к снижению проницаемости сосудов из-за наличия на их стенках отложений соли.
2. Ограничивают такие напитки, как кофе, кока-кола, пиво. Они могут спровоцировать склеивание эритроцитов и обладают мочегонным эффектом, то есть активно выводят жидкость из организма.
3. Нужно отказаться от различных диет и голодания. Эти эксперименты над собой приводят к снижению уровня белков в составе крови, а это изменяет вязкость крови и способствует возникновению тромбоза, вызывает истощение и чувство усталости, снижаются защитные силы человека.

Сила осмоса в человеческом организме отвечает за оптимальное перераспределение жидкости, потому что количество активных веществ должно находиться на определенном уровне. Это очень важный показатель, который освещает состояние здоровья. Для того чтобы его значения были в пределах нормы, полезно пить больше воды, а соль добавлять в пищу в умеренных количествах.

Приложения

О других проектах Викимедиа:

Осмос , на Викискладе?

Библиография

Гласстон С. Учебник физической химии 2- е изд. ( 1948 ), Студенческое издание Macmillan

• Химический портал
• Портал клеточной и молекулярной биологии
• Физический портал

Обоснование формулы Вант-Гоффа с термодинамических позиций

В растворе свободная энергия {\displaystyle G=G^{0}+RTlnx_{A}+\pi V_{C}}, где {\displaystyle x_{A}} — молярная часть раствора, {\displaystyle V_{C}} — его мольный объем. Появление члена {\displaystyle \pi V_{C}} эквивалентно внесению в свободную энергию внешнего давления. При равновесии {\displaystyle \nabla G} для растворителя равно нулю. Таким образом,

{\displaystyle 0=\nabla G=G^{0}+RTlnx_{A}+\pi V_{C}-G^{0}=RTlnx_{A}+\pi V_{C},}

откуда:

{\displaystyle \pi =-{\frac {RT}{V_{C}}}ln(1-x_{B})\cong {\frac {RT}{V_{C}}}x_{B}\cong {\frac {RT}{V_{C}}}{\frac {n_{B}}{n_{A}}}\cong RT{\frac {n_{B}}{V}}=cRT,}

то есть получена формула Я. Вант-Гоффа ({\displaystyle \pi =cRT}).

При её выведении высчитано, что {\displaystyle x_{B}} — малая величина. Это позволяет разложить {\displaystyle ln(1-x_{B})} в ряд и далее применить соотношение {\displaystyle x_{B}\cong {\frac {n_{B}}{n_{A}}}.} Произведение {\displaystyle n_{A}V_{C}}в разбавленных растворах практически равно объему раствора.

От чего зависит осмотическая величина

Осмотическое давление зависит от содержания электролитов, которые включает в себя плазма крови. Те растворы, которые по концентрации схожи с плазмой, называются изотоническими. К таковым относится популярный физраствор, вот почему его всегда используют для капельниц, когда необходимо восполнить водный баланс или когда была кровопотеря.

Именно в изотоническом растворе чаще всего растворяются вводимые препараты. Но иногда может потребоваться использование других средств. К примеру, гипертонический раствор необходим для выведения воды в сосудистый просвет, а гипотонический помогает очистить раны от гноя.

К примеру, если человек потребил большое количество соли, тогда концентрация ее в клетке увеличится. В дальнейшем это приведет к тому, что организм будет стремиться уравновесить показатели, потребив воды больше для нормализации внутренней среды. Таким образом, вода будет не выводиться из организма, а аккумулироваться клетками. Такое явление часто провоцирует развитие отечности, а также гипертензии (за счет увеличения общего объема крови, циркулируемой в сосудах). Также клетка после перенасыщения водой может лопаться.

Чтобы более понятно разъяснить изменения, происходящие в клетках, погруженных в разную среду, следует описать кратко одно исследование: если эритроцит поместить в дистиллированную воду, то он будет напитываться ею, увеличиваясь в размерах до разрыва оболочки. Если же его поместить в среду с большой концентрацией соли, то он начнет постепенно отдавать воду, сморщиваться, усыхать. Лишь в изотоническом растворе, который имеет такой же изоосмотический, как и сама клетка, она будет оставаться на том же уровне.

Это же происходит с клетками внутри организма человека. Именно поэтому столь распространено наблюдение: после съеденного соленого человеку сильно хочется пить. Такое стремление объясняется физиологией: клетки «хотят вернуться» к привычному уровню давления, под воздействием соли они сморщиваются, вот почему у человека возникает жгучее желание выпить простой воды, чтобы восполнить недостающие объемы, уравновесить организм.

Иногда больным дают специально приобретенные в аптеках смеси электролитов, которые затем разводятся в воде и принимаются в качестве питья. Это позволяет восполнить потерю жидкости в случае отравлений.

Методы измерения

Для измерения данного показателя в современной медицине применяют два различных метода, а именно инвазивный и неинвазивный вариант. Также медики разделяют измерение показателя на прямой и непрямой метод. В первом случае учитывается венозное давление , присутствующее в теле человека. Во втором же случае учитываются показатели артериального давления.

Если речь идет о непрямом методе, то здесь применяется вариант измерения артериального давления по способу Короткова, когда традиционным устройством вычисляются показатели. Впоследствии медики, опираясь на показатели, самостоятельно вычисляют онкотическое давление в крови.

Иными словами, при подобных измерениях, медик способен только измерить артериальное давление , а после, опираясь на полученные результаты, определить, имеются отклонения или нет. Кроме того, при помощи обычного прибора определяется присутствие или отсутствие у человека склонности к гипертонии или гипотонии. Все измерения проводятся в спокойном состоянии, когда показатели должны прийти в норму после определенных физических нагрузок.

Если при измерении артериального давления будут выявлены отклонения от нормы, то предстоит сдавать анализы, что позволит точно определить уровень онкотического давления, присутствующий в человеческом организме.

Биологическое значение и связь с клеткой

В биологии существует три типа осмотических отношений: гипертоническая, изотоническая и гипотоническая.

Диаграмма, иллюстрирующая осмотические отношения между клеткой и внешней средой.

Гипертоническая зависимость соответствует ситуации, когда раствор клетки не очень концентрирован по сравнению с раствором внешней среды. Затем ячейка будет выпускать жидкость во внешнюю среду, уменьшая внутреннее давление ячейки и размер ячейки. Если будет вытеснено слишком много жидкости, клетка погибнет от плазмолиза .

Изотоническое соотношение соответствует ситуации, когда раствор в ячейке и раствор в среде имеют сбалансированные концентрации. Размер ячеек остается стабильным и не колеблется.

Гипотоническое соотношение соответствует ситуации, когда концентрация внутри клетки больше, чем в середине. Клетка будет поглощать внеклеточную жидкость, увеличивая внутреннее давление и, возможно, вызывая взрыв стенки: это гемолиз .

Как и когда было открыто?

Данное явление впервые было открыто и описано в 1748 году. Этим занимался французский ученый-физик Жан-Антуан Нолле.

Его эксперимент выглядел следующим образом:

1. Емкость была заполнена этанолом и закрыта тонкой эластичной пленкой.
2. Сосуд опустили в другой, предварительно заполненный водой.
3. По истечении некоторого времени тонкая пленка начинает набухать, надуваться. Значит, начался процесс перехода молекул из одного сосуда в другой.
4. Пробуют поменять сосуды местами: поместить воду в этанол. Картина совершенно обратная: тонкая пленка начинает впадать внутрь.

Жан-Антуан Нолле объяснил данное явление следующим образом: вода, которая имеет меньшую плотность, переходит через пленку без малейшего сопротивления. Но, чем больше концентрация – тем сложнее молекулам «перебегать» через преграду.

Вывод формулы ван т Гоффа

Рассмотрим систему в точке, когда она достигла равновесия. Условием для этого является то , что химический потенциал в растворителе (так как только он может свободно течь к равновесию) по обе стороны мембраны равны. Отделение, содержащее чистый растворитель, имеет химический потенциал , где — давление. С другой стороны, в отсеке, содержащем растворенное вещество, химический потенциал растворителя зависит от мольной доли растворителя . Кроме того, в этом отсеке может быть разное давление . Поэтому мы можем записать химический потенциал растворителя как . Если мы напишем , баланс химического потенциала будет таким:
μ(п){\ displaystyle \ mu ^ {0} (p)}п{\ displaystyle p}<Иксv<1{\ displaystyle 0 <x_ {v} <1}п′{\ displaystyle p ‘}μv(Иксv,п′){\ displaystyle \ mu _ {v} (x_ {v}, p ‘)}п′знак равноп+Π{\ displaystyle p ‘= p + \ Pi}

μv(п)знак равноμv(Иксv,п+Π).{\ displaystyle \ mu _ {v} ^ {0} (p) = \ mu _ {v} (x_ {v}, p + \ Pi).}

Здесь разница в давлении двух отсеков определяется как осмотическое давление, оказываемое растворенными веществами. Удерживая давление, добавление растворенного вещества снижает химический потенциал ( энтропийный эффект ). Таким образом, давление раствора должно быть увеличено, чтобы компенсировать потерю химического потенциала.
Π≡п′-п{\ Displaystyle \ Pi \ Equiv p’-p}

Чтобы найти осмотическое давление, мы рассматриваем равновесие между раствором, содержащим растворенное вещество, и чистой водой.
Π{\ displaystyle \ Pi}

μv(Иксv,п+Π)знак равноμv(п).{\ displaystyle \ mu _ {v} (x_ {v}, p + \ Pi) = \ mu _ {v} ^ {0} (p).}

Мы можем записать левую часть как:

μv(Иксv,п+Π)знак равноμv(п+Π)+рТпер⁡(γvИксv){\ displaystyle \ mu _ {v} (x_ {v}, p + \ Pi) = \ mu _ {v} ^ {0} (p + \ Pi) + RT \ ln (\ gamma _ {v} x_ {v} )},

где — коэффициент активности растворителя. Продукт также известен как активность растворителя, которая для воды является активностью воды . Добавка к давлению выражается выражением для энергии расширения:
γv{\ displaystyle \ gamma _ {v}}γvИксv{\ displaystyle \ gamma _ {v} x_ {v}}аш{\ displaystyle a_ {w}}

μvо(п+Π)знак равноμv(п)+∫пп+ΠVм(п′)dп′,{\ displaystyle \ mu _ {v} ^ {o} (p + \ Pi) = \ mu _ {v} ^ {0} (p) + \ int _ {p} ^ {p + \ Pi} \! V_ {m } (п ‘) \, дп’,}

где — молярный объем (м³ / моль). Подставляя приведенное выше выражение в уравнение химического потенциала для всей системы и перестраивая его, мы получим:
Vм{\ displaystyle V_ {m}}

-рТпер⁡(γvИксv)знак равно∫пп+ΠVм(п′)dп′.{\ displaystyle -RT \ ln (\ gamma _ {v} x_ {v}) = \ int _ {p} ^ {p + \ Pi} \! V_ {m} (p ‘) \, dp’.}

Если жидкость несжимаема, молярный объем постоянен , и интеграл становится равным . Таким образом, мы получаем
Vм(п′)≡Vм{\ Displaystyle V_ {м} (п ‘) \ эквив V_ {м}}ΠVм{\ displaystyle \ Pi V_ {m}}

Πзнак равно-(рТVм)пер⁡(γvИксv).{\ displaystyle \ Pi = — (RT / V_ {m}) \ ln (\ gamma _ {v} x_ {v}).}

Коэффициент активности является функцией концентрации и температуры, но в случае разбавленных смесей он часто очень близок к 1,0, поэтому

Πзнак равно-(рТVм)пер⁡(Иксv).{\ displaystyle \ Pi = — (RT / V_ {m}) \ ln (x_ {v}).}

Мольная доля растворенного вещества, есть , поэтому может быть заменена на , которая, если она мала, может быть приблизительно равна .
Иксs{\ displaystyle x_ {s}}1-Иксv{\ displaystyle 1-x_ {v}}пер⁡(Иксv){\ Displaystyle \ ln (x_ {v})}пер⁡(1-Иксs){\ Displaystyle \ ln (1-x_ {s})}Иксs{\ displaystyle x_ {s}}-Иксs{\ displaystyle -x_ {s}}

Πзнак равно(рТVм)Иксs.{\ displaystyle \ Pi = (RT / V_ {m}) x_ {s}.}

Мольная доля составляет . Если мала, это может быть приблизительно . Кроме того , молярный объем может быть записан в виде объема на моль, . Их объединение дает следующее.
Иксs{\ displaystyle x_ {s}}пs(пs+пv){\ displaystyle n_ {s} / (n_ {s} + n_ {v})}Иксs{\ displaystyle x_ {s}}Иксsзнак равнопsпv{\ displaystyle x_ {s} = n_ {s} / n_ {v}}Vм{\ displaystyle V_ {m}}Vмзнак равноVпv{\ Displaystyle V_ {m} = V / n_ {v}}

Πзнак равноcрТ.{\ Displaystyle \ Pi = cRT.}

Для водных растворов солей необходимо учитывать ионизацию. Например, 1 моль NaCl ионизируется до 2 моль ионов.

Похожие записи:

Установка крана для фильтра питьевой воды Разбавление антифриза водой: можно ли, в каких пропорциях и чем это чревато для авто Отправка уведомления в роскомнадзор Как правильно выбрать и установить фильтр аквафор морион Как сделать вибростол для тротуарной плитки своими руками Меловые маркеры: чем отличаются, как пользоваться и для чего нужны