О

Осмос

Осмос (рус. Осмос, англ. Osmosis, нем. Osmose f) — спонтанный переход, односторонняя диффузия через полупроницаемую перегородку (мембрану), отделяющую раствор от чистого растворителя или раствора меньшей концентрации. Обусловлен стремлением системы к термодинамическому равновесию и выравниванию концентраций раствора с обеих сторон мембраны. Характеризуется осмотическим давлением, равным избыточному внешнему давлению, которое нужно приложить со стороны раствора, чтобы прекратить осмос. Играет важную роль в физиологических процессах, используется при исследовании полимеров, биологических структур.

Осмос является одним из примеров Коллигативные свойств растворов, то есть такой которые зависят только от количества растворенных частиц, но не зависят от их природы.

Сущность процесса

Явление осмоса наблюдается в тех средах, где подвижность растворителя больше от подвижности растворенных веществ. Важным частным случаем осмоса является осмос через полупроницаемую мембрану. Полупроницаемыми называют мембраны, которые имеют достаточно высокую проницаемость не для всех, а лишь для некоторых веществ, в частности, для растворителя. Если такая мембрана разделяет раствор и чистый растворитель, то концентрация растворителя в растворе оказывается ниже, поскольку там часть его молекул замещена на молекулы растворенного вещества. Вследствие этого, переходы частиц растворителя из отдела, содержащего чистый растворитель, в раствор будут происходить чаще, чем в обратном направлении. Соответственно, объем раствора будет увеличиваться (а концентрация — уменьшаться), тогда как объем растворителя будет соответственно уменьшаться.

Например, к яичной скорлупы с внутренней стороны прилегает полупроницаемая мембрана: она пропускает молекулы воды и задерживает молекулы сахара. Если такой мембраной разделить растворы сахара с концентрацией 5 и 10% соответственно, то через нее в обоих направлениях будут проходить только молекулы воды. В результате в более разбавленном растворе концентрация сахара повысится, а в более концентрированном, наоборот, снизится. Когда концентрация сахара в обоих растворах станет одинаковой, наступит равновесие. Растворы, которые достигли равновесия, называются изотоническими.

Осмос, направленный внутрь ограниченного объема жидкости, называется эндосмосом, наружу — экзосмосом. Перенос растворителя через мембрану обусловлено осмотическим давлением. Он равно избыточному внешнему давлению, которое следует приложить со стороны раствора, чтобы прекратить процесс, то есть создать условия осмотического равновесия. Превышение избыточного давления над осмотическим может привести к направлению процесса в противоположную сторону — обратной диффузии растворителя.

В случаях, когда мембрана проницаема не только для растворителя, но и для некоторых растворенных веществ, перенос последних из раствора в растворитель позволяет осуществить диализ, употребляется как способ очистки полимеров и коллоидных систем от низкомолекулярных примесей, например электролитов.

Значение осмоса

Воздействия осмоса на живые клетки на примере эритроцитов, находящихся в гипо-, изо- или гипертоническом растворах

В живых организмах

Осмос — это явление, существенно влияет на существование живых клеток. Клеточные мембраны более проницаемы для воды чем для большинства ионов, малых гидрофильных молекул и макромолекул. Такая разница во многом возникает вследствие наличия в мембранах белков аквапоринов, что пропускают только молекулы воды. Если клетка находится в изотоническом растворе (0,9% хлорида натрия или 5% глюкозы для человеческих клеток), она не теряет и не приобретает воды. В гиперотоничому среде, то есть в среде с большим осмолярностью, клетка сморщивается вследствие обезвоживания, а в гипотоничому наоборот — набухает, и если поступления воды не удается остановить, это приводит к разрыва, осмотического лизиса, клетки.

В естественных условиях клетки преимущественно сталкиваются с проблемой пребывания в гипотонических растворах. Чтобы предотвратить осмотическому лизису они выработали ряд приспособлений. Например бактериальные, грибные и растительные клетки имеют жесткую клеточную стенку, которая может препятствовать избыточному поступлению воды. Растения используют осмос для достижения механической устойчивости и упругости: высокая концентрация растворенных веществ в центральных вакуолях приводит к затягиванию воды в клетки, но это влечет НЕ набухания, а увеличение давления мембран на клеточные стенки, то есть возникновения тургора. В результате клетки, и все тело растения, становятся твердыми и упругими. Обезвоживание приводит к увяданию растений. Растительные клетки могут регулировать тургорного давление путем изменения концентрации осмотически активных веществ, таких как сахароза и неорганические ионы, в центральной вакуоли и цитоплазме. С этим связано много аспектов жизни растения: закрывания-открывания устьиц, создания давления в ситовидных трубках флоэмы, который необходим для транспортировки продуктов фотосинтеза, фитогормонов и других веществ, создание корневого давления, необходимого для переноса воды и минеральных веществ, осуществления движений, таких как открывания-закрывания лепестков, подъема-опускания листьев и т.

Некоторые пресноводные простейшие, которые живут в гипотоническому растворе, имеют специальные органеллы — сократительные вакуоли, выкачивают лишнюю воду из клеток. Многоклеточные животные поддерживают осмолярность плазмы крови и тканевой жидкости такой же, как в цитоплазме клеток. Для этого клетки активно скачивают ионы Na + и некоторые другие в тканевую жидкость.

Осмотические свойства растворов также влияют и на формы запасания энергии живыми клетками. Так они сохраняют углеводы в виде полисахаридов (крахмала и гликогена), а не моно- или олигосахаридов. Поскольку осмос растет пропорционально количеству частиц растворенного вещества, а не к их массы, 1 г гилкогену, молекулы которого содержат по 1000 остатков глюкозы, увеличивать омолярнисть цитоплазмы в такой же степени, как и 1 мг глюкозы.

Осмос также играет важную роль в экологии водоемов. Если концентрация соли и других веществ в воде поднимается или падает — жители этих вод погибают через губительное действие осмоса.

В лабораторной практике

Осмос широко используют в лабораторной технике при определении молярных характеристик полимеров, концентрирования растворов, исследовании разнообразных биологических структур. Осмотические явления иногда используются в промышленности, например при получении некоторых полимерных материалов, очистке высоко-минерализованной воды методом «обратного» осмоса жидкостей.

Протоколы выделения клеточных фракций, обогащенных митохондриями, пластидами или лизосомами, учитывают тот факт, что эти органеллы окружены полупроницаемую мембрану. Поэтому фракционирования проводят в буферах с достаточным концентрацией сахарозы или иной инертного вещества для предотвращения осмотическому лизису.

Диализ, основанный на осмотических свойствах растворов, используют для очистки высокомолекулярных веществ от низкомолекулярных примесей. Для этого раствор макромолекул с примесями помещают в мешочек из полупроницаемого материала, пропускающего только маленькие молекулы. Этот мешочек погружают в растворитель и оставляют на некоторое время, за которое низкомолекулярные вещества диффундируют в растворитель. Метод диализа также используют для изучения связывания макромолекул с маленькими молекулами, например ферментов с ингибиторами, нуклеиновых кислот с антибиотиками и т.

Изображения по теме

  • Осмос
  • Осмос
  • Осмос
  • Осмос
  • Осмос
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Проверьте также
Закрыть
Кнопка «Наверх»
Закрыть
Закрыть