Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár
Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.
Uverejnené dňa http://www.allbest.ru/
Podstata procesu osmózy a jej úloha v biologických systémoch
Úvod
1. Priama osmóza
1.1 Podstata procesu
1.2 Osmotický tlak
2. Mechanizmus priamej osmózy v biologických systémoch
2.1 Štruktúra biologickej membrány
2.2 Mechanizmus priamej osmózy
3. Reverzná osmóza
Záver
Bibliografia
ATdirigovanie
Fenomén osmózy je základom metabolizmu všetkých živých organizmov. Vďaka nemu sa živiny dostávajú do každej živej bunky a, naopak, toxíny sa odstraňujú. Fenomén osmózy sa pozoruje, keď sú dva soľné roztoky s rôznymi koncentráciami oddelené polopriepustnou membránou.
V súčasnosti je membránová technológia jednou z najdynamickejšie sa rozvíjajúcich oblastí techniky. Rozšíril sa tak na priemyselnej úrovni, ako aj na úrovni domácností.
Hlavnou oblasťou použitia membránovej technológie je úprava vody a úprava vody, ale jej aplikácia sa neobmedzuje len na toto.
V chemickom a petrochemickom priemysle sa metódy membránovej separácie používajú na separáciu uhľovodíkov, zmesí zlúčenín s vysokou a nízkou molekulovou hmotnosťou, azeotropných zmesí, posunutie rovnováhy chemických reakcií odstránením jedného z jej produktov cez membránu, zahustenie roztokov, oddelenie hélia a vodík zo zemných plynov, kyslík zo vzduchu atď.
V mikrobiológii a medicínskom priemysle sa membránové metódy široko používajú v procesoch izolácie a čistenia biologicky aktívnych látok, vakcín, enzýmov, hormónov, vírusov, čistenia krvi a iných technologických problémov.
Účelom štúdie je študovať podstatu procesu osmózy a jej úlohu v biologických systémoch.
1. priama osmóza
1,1 Cpodstatu procesu
Fenomén osmózy sa pozoruje v tých prostrediach, kde je pohyblivosť rozpúšťadla väčšia ako pohyblivosť rozpustených látok.
Dôležitým špeciálnym prípadom osmózy je osmóza cez semipermeabilnú membránu.
Nazývajú sa polopriepustné membrány, ktoré majú dostatočne vysokú priepustnosť nie pre všetky, ale iba pre niektoré látky, najmä pre rozpúšťadlo.
(Mobilita rozpustených látok v membráne má tendenciu k nule).
Spravidla je to spôsobené veľkosťou a pohyblivosťou molekúl, napríklad molekula vody je menšia ako väčšina molekúl rozpustených látok.
Ak takáto membrána oddeľuje roztok od čistého rozpúšťadla, potom je koncentrácia rozpúšťadla v roztoku menej vysoká, pretože niektoré jeho molekuly sú tam nahradené molekulami rozpustenej látky (obr. 1).
Obrázok 1. Priama osmóza
V dôsledku toho sa prechody častíc rozpúšťadla zo sekcie obsahujúcej čisté rozpúšťadlo do roztoku budú vyskytovať častejšie ako v opačnom smere.
V súlade s tým sa objem roztoku zvýši (a koncentrácia látky sa zníži), zatiaľ čo objem rozpúšťadla sa zodpovedajúcim spôsobom zníži.
Napríklad na vaječnú škrupinu je zvnútra pripevnená polopriepustná membrána: umožňuje molekulám vody prejsť a zadržiava molekuly cukru. Ak takáto membrána oddeľuje cukrové roztoky s koncentráciou 5, respektíve 10 %, tak cez ňu v oboch smeroch prejdú len molekuly vody.
Výsledkom je, že v zriedenom roztoku sa koncentrácia cukru zvýši a v koncentrovanejšom naopak zníži. Keď bude koncentrácia cukru v oboch roztokoch rovnaká, nastane rovnováha. Roztoky, ktoré dosiahli rovnováhu, sa nazývajú izotonické. Ak sa zabezpečí, aby sa koncentrácie nezmenili, osmotický tlak dosiahne konštantnú hodnotu, keď sa spätný tok molekúl vody rovná priamemu.
Osmóza smerujúca do obmedzeného objemu kvapaliny sa nazýva endosmóza, smerom von - exosmóza. Transport rozpúšťadla cez membránu je riadený osmotickým tlakom.
Tento osmotický tlak vzniká podľa Le Chatelierovho princípu tým, že systém sa snaží vyrovnať koncentráciu roztoku v oboch médiách oddelených membránou a je opísaný druhým termodynamickým zákonom.
Rovná sa nadmernému vonkajšiemu tlaku, ktorý by mal byť aplikovaný zo strany roztoku, aby sa proces zastavil, to znamená, aby sa vytvorili podmienky pre osmotickú rovnováhu. Prekročenie nadmerného tlaku nad osmotický tlak môže viesť k zvráteniu osmózy - spätnej difúzii rozpúšťadla.
V prípadoch, keď je membrána priepustná nielen pre rozpúšťadlo, ale aj pre niektoré rozpustené látky, prenos týchto látok z roztoku do rozpúšťadla umožňuje dialýzu, ktorá sa používa ako metóda na čistenie polymérov a koloidných systémov od nečistôt s nízkou molekulovou hmotnosťou.
1.2 Osmotický tlak
Osmózu možno vysvetliť tým, že koncentrácia molekúl vody na jednotku objemu v jednej nádobe je väčšia ako v inej, alebo tým, že molekuly vody v roztoku sú čiastočne viazané molekulami cukru, čím sa hydratujú. V zriedených roztokoch osmóza výslovne nezávisí od typu rozpustenej látky a rozpúšťadla.
Rozhodujúca je koncentrácia roztoku, presnejšie počet častíc rozpustenej látky na jednotku objemu.
Na štúdium osmózy sa používa špeciálne zariadenie (obr. 2), pozostávajúce z dvoch nádob: vonkajšej a vnútornej.
Obrázok 2. Schematické znázornenie prístroja na štúdium osmózy
Dno vnútornej nádoby je vyrobené z polopriepustnej priehradky (priepustnej pre rozpúšťadlo, ale neprepúšťa rozpustenú látku, ako je celofán).
Vonkajšia nádoba obsahuje vodu. Vo vnútornej - roztok vo vode. Z vonkajšej nádoby bude voda prechádzať do vnútornej. Vo vnútornej nádobe sa jej hladina zvýši.
V dôsledku toho sa zvyšuje hydrostatický tlak, pod ktorým sa roztok nachádza vo vnútornej nádobe. V dôsledku toho sa zvyšuje rýchlosť prenosu vody z vnútornej nádoby do vonkajšej. Nakoniec sa v určitej výške stĺpca roztoku vyrovnajú rýchlosti vody prechádzajúcej z vonkajšej nádoby do vnútornej a z vnútornej nádoby do vonkajšej a stúpanie kvapaliny v trubici sa zastaví.
Tlak, ktorý zodpovedá tejto rovnováhe, môže slúžiť ako kvantitatívna charakteristika osmózy. Nazýva sa to osmotický tlak.
Osmotický tlak je tlak, ktorý musí byť aplikovaný na roztok, aby sa dostal do rovnováhy s čistým rozpúšťadlom oddeleným od neho semipermeabilnou priehradkou.
Analýzou výsledkov štúdia osmotického tlaku J. van't Hoff dospel k záveru, že rozpustená látka vo veľmi zriedených roztokoch sa správa, ako keby bola v plynnom stave.
Preto vznikla myšlienka aplikovať na ne zákony ideálnych plynov. Potom pre riešenie môžeme napísať:
Nahradením n/V = c dostaneme rovnicu nazývanú Van't Hoffov zákon.
V týchto rovniciach sa n chápe ako osmotický tlak.
Lineárna závislosť osmotického tlaku od koncentrácie pre väčšinu roztokov neelektrolytov je zachovaná až do koncentrácií rádovo 10-2 mol/l.
Získame van't Hoffovu rovnicu založenú na termodynamických konceptoch. Rozpúšťadlo bude prenikať cez polopriepustnú priehradku, kým sa nenastolí rovnováha.
Van't Hoffova rovnica ukazuje, že osmotický tlak sa rovná tlaku, ktorý by vytvorila rozpustená látka, ak by vo forme ideálneho plynu zaberala rovnaký objem ako v roztoku pri rovnakej teplote.
Osmotický tlak má veľký význam v životných procesoch rôznych organizmov, určuje distribúciu rozpustených látok a vody v tkanivách. Osmotický tlak krvi u ľudí je približne 8,1 105 Pa (8 atm.).
So znížením obsahu vody v tele vzniká pocit smädu, ktorého uhasením sa obnovuje rovnováha voda-soľ a osmotický tlak krvi.
Od osmotického tlaku závisí takzvaná sacia sila bunky, ktorá v semenách pri 6% vlhkosti dosahuje hodnotu 4,04 107 (400 atm.), čo zabezpečuje absorpciu vody potrebnej na klíčenie aj z relatívne suchej pôdy.
Z (3) je zrejmé, že hodnota osmotického tlaku je určená iba koncentráciou rozpustenej látky a nezávisí od povahy roztoku, čo umožňuje pripísať tento účinok koligatívnym vlastnostiam.
Zvážte ďalšie dve vlastnosti tohto druhu: zníženie bodu tuhnutia (tuhnutie) látky a zvýšenie teploty varu.
Rozdiel medzi teplotou tuhnutia rozpúšťadla a roztoku sa nazýva zníženie teploty tuhnutia.
Rozdiel medzi teplotami varu roztoku a rozpúšťadla sa nazýva zvýšenie teploty varu roztoku Tbp.
Obe tieto vlastnosti sú plne v súlade s Le Chatelierovým princípom. Na demonštráciu vyššie uvedeného uvažujme rovnovážny systém pozostávajúci z dvoch fáz: tuhej látky A a kvapalného roztoku látky B, v ktorej A je rozpúšťadlo.
Zvýšme koncentráciu roztoku, t.j. obsah zložky B v kvapalnej fáze. Podľa Le Chatelierovho princípu by sa procesy mali v systéme zintenzívniť a snažiť sa oslabiť produkovaný vplyv. V tomto prípade to znamená, že procesy, ktoré môžu znížiť koncentráciu roztoku, by sa mali v systéme zvýšiť.
Pre uvažovaný systém je to možné len vďaka prechodu časti rozpúšťadla z pevného do kvapalného stavu. Ak však pri danej teplote dochádza k prechodu látky z pevného do kvapalného skupenstva, potom je táto teplota nad bodom mrazu. Preto teplota tuhnutia roztoku klesala so zvyšujúcou sa koncentráciou roztoku.
Podobne na základe Le Chatelierovho princípu je možné zdôvodniť zvýšenie teploty varu roztoku neprchavej látky.
Za týmto účelom zvážte dvojfázový systém para - kvapalný roztok. Nech je systém v rovnováhe; a nech jedna fáza je para látky A a druhá kvapalný roztok látky B v A.
Zvýšte koncentráciu roztoku (koncentráciu B v A). Podľa Le Chatelierovho princípu by to malo iniciovať procesy, ktoré umožnia vyrovnať produkovaný nárast koncentrácie.
Tu takéto procesy zahŕňajú kondenzáciu rozpúšťadla z plynnej fázy. Je ľahké pochopiť, že kondenzácia povedie k zníženiu tlaku pár.
Zníženie tlaku nasýtených pár zvyšuje bod varu. K varu kvapaliny dochádza, keď sa tlak nasýtenej pary nad kvapalinou rovná vonkajšiemu tlaku.
Nad roztokom sa tlak nasýtených pár znižuje. To znamená, že na dosiahnutie uvedenej tlakovej rovnosti je potrebné roztok dodatočne zahriať. Preto tvrdenie o zvýšení teploty varu roztoku v porovnaní s čistou látkou.
Vplyv zvýšenia bodu varu možno vysvetliť aj iným spôsobom (obr. 3).
Obrázok 3 Nárast bodu varu
V prípadoch, keď má rozpustená látka zanedbateľný tlak pár, sa tlak pár roztoku rovná tlaku pár rozpúšťadla. Pre ideálne roztoky je tlak pár rozpúšťadla určený Raoultovým zákonom:
kde indexy "A" a "B" označujú rozpúšťadlo a rozpustenú látku.
Z (4) vyplýva, že s nárastom xv klesá tlak nasýtených pár, čo znamená, že teplota varu stúpa.
Všetko vyššie uvedené je znázornené na obrázku, ktorý odráža závislosť tlaku nasýtených pár nad látkou od teploty.
K varu dochádza, keď sa tlak nasýtených pár nad kvapalinou rovná vonkajšiemu (atmosférickému) tlaku.
Na zistenie bodov varu čistého rozpúšťadla a roztokov stačí nájsť priesečníky izobary pri p = 1,013 10-5 Pa s krivkami stavového diagramu v súradniciach p - T (pozri obr. 1) . Z obrázku je vidieť, že roztok vrie pri vyššej teplote ako čisté rozpúšťadlo.
osmóza biologická membránová difúzia
2. Mechanizmus priamej osmózy v biologických systémoch
Formy viazania vlhkosti v tomto systéme hrajú podstatnú úlohu pri vytváraní mechanizmu priamej osmózy a vlastne určujú semipermeabilitu bunkovej membrány.
Klasifikácia foriem väzby vlhkosti podobného dvojfázového systému oddeleného biologickou membránou sa bude posudzovať z hľadiska klasifikácie foriem väzby vlhkosti navrhnutej P.A. Rebinder, ktorý umožňuje zohľadniť tak povahu tvorby rôznych foriem väzby, ako aj energiu ich väzby s materiálmi.
Z hľadiska tejto klasifikácie sa vlhkosť lokalizovaná vo vnútri kvasinkovej bunky musí považovať za osmoticky zadržanú vlhkosť v dôsledku selektívnej difúzie vody z prostredia. Osmoticky zadržiavaná vlhkosť sa vyznačuje nízkou intenzitou väzbovej energie, svojimi vlastnosťami sa nelíši od bežnej vody a má schopnosť voľne difundovať cez bunkové membrány vplyvom rozdielu koncentrácií vo vnútri a mimo buniek.
Do kategórie vnútrobunkovej vlhkosti možno zaradiť aj vlhkosť imobilizovanú v kapilárach bunkovej steny kvasinkovej bunky – kapilárnu vlhkosť, ktorá zohráva významnú úlohu v mechanizme redistribúcie vlhkosti a vlastne určuje semipermeabilitu biomembrány.
Z analýzy vedeckej literatúry je teda známe, že vlhkosť lokalizovaná v kapilárach s priemerom väčším ako 10-7 m (vlhkosť makrokapilár) nemá žiadnu súvislosť s materiálom a môže sa voľne pohybovať v procese difúzie.
Vlhkosť lokalizovaná v kapilárach s priemerom menším ako 10-7 m (mikrokapilárna vlhkosť) a vďaka adsorpčnej väzbe polymolekulovej vrstvy v blízkosti stien kapiláry nie je voľná. Takáto vlhkosť sa nezúčastňuje difúznych procesov v dôsledku špeciálnych vlastností charakteristických pre viazanú vlhkosť.
Adsorpčne viazaná vlhkosť imobilizovaná na povrchu biomembrány vo forme povrchovej monomolekulárnej vrstvy adsorbovanej vody (hydrátový obal) sa tiež spravidla nezúčastňuje na procesoch redistribúcie vlhkosti z dôvodu vysokých hodnôt väzby. energie molekúl vody s povrchom biomembrány. Nasledujúce vrstvy kvapaliny viazanej na adsorpciu (polymolekulárna adsorpcia) sú držané menej pevne a môžu sa podieľať na difúznych procesoch.
Chemicky viazaná vlhkosť nezohráva významnú úlohu pri vytváraní mechanizmu redistribúcie vlhkosti, pretože jej množstvo je zanedbateľné a väzby iónovej a molekulárnej povahy sú veľmi silné.
Osmoticky zadržaná vlhkosť, makrokapilárna vlhkosť a voľná prebytočná extracelulárna vlhkosť lokalizovaná v medzibunkovom priestore kvasinkovej biomasy sa teda podieľa na tvorbe mechanizmu priamej osmózy – redistribúcie vlhkosti cez biomembránu kvasinkovej bunky (obr. 4). ).
Obrázok 4. Formy viazania vlhkosti v kvasinkovej bunke lokalizovanej v kvasinkovej suspenzii: 0 - chemicky viazaná vlhkosť; 1 - osmoticky zadržaná vlhkosť (voľná vnútrobunková vlhkosť); 2 - voľná vlhkosť kapilár (vlhkosť makrokapilár); 3 - viazaná vlhkosť kapilár (vlhkosť mikrokapilár); 4 - adsorpčne viazaná vlhkosť; 5 - voľná extracelulárna vlhkosť (nadbytočná medzibunková vlhkosť)
2.1 ODštruktúra biologickej membrány
Štruktúra semipermeabilnej bunkovej membrány kvasinkovej bunky, ktorá je kapilárno-poréznym telesom, hrá kľúčovú úlohu pri vytváraní mechanizmu priamej osmózy - osmoticky podmieneného spontánneho procesu redistribúcie vlhkosti z vnútrobunkového prostredia. kvasinkovej bunky do medzibunkového priestoru, keď sa do kvasinkovej suspenzie zavedie osmoindukujúca zložka (zvyčajne elektrolyt).
Významnú úlohu pri vytváraní mechanizmu redistribúcie teda zohráva systém pórov (kapilár) bunkovej steny biologickej membrány, ktorý je semipermeabilný, teda málo selektívny pre molekuly vody a vysoko selektívny pre hydratované ióny. osmoindukujúcej zložky.
Na základe predstáv o štruktúre roztokov a výsledkov experimentov možno tvrdiť, že hydratačná schopnosť iónov ovplyvňuje selektivitu a priepustnosť membrán.
Fenomén hydratácie spočíva v tom, že ióny rozpustenej látky sú obklopené rozpúšťadlom a pohybujú sa s nejakou jeho časťou, ktorá s ním interaguje.
V tomto prípade je možné pozorovať primárnu aj sekundárnu hydratáciu. Primárna hydratácia spočíva v silnej väzbe iónov molekúl vody, až po vytvorenie väzieb donor-akceptor. Sekundárne - je elektrostatická interakcia molekúl vody s primárnymi hydratovanými iónmi.
Molekuly vody nachádzajúce sa v tesnej blízkosti iónov rozpustených látok tvoria hydratačný obal, počet molekúl, v ktorom charakterizuje koordinačné číslo hydratácie.
Elektrostatická interakcia nie je jedinou príčinou hydratácie – tá môže byť spôsobená aj chemickými silami.
S prihliadnutím na vyššie uvedené a na základe moderných predstáv o viazanej kvapaline možno proces selektívnej permeability bunkovej membrány kvasiniek vzhľadom na vodné roztoky elektrolytov znázorniť nasledovne.
Vrstva viazanej vody sa objavuje na povrchu a vo vnútri pórov (kapilár) bunkovej membrány kvasinkovej bunky lokalizovanej v kvasinkovej suspenzii. Voda na rozhraní membrána-roztok sa svojimi vlastnosťami líši od vody vo voľnom stave. Napríklad viazaná voda do značnej miery stráca svoju rozpúšťaciu schopnosť, takže prítomnosť viazanej vody v póroch bunkovej membrány kvasinkovej bunky je jednou z hlavných príčin obštrukcie pre tie molekuly rozpustenej látky, pre ktoré viazaná voda prakticky nie je rozpúšťadlom. Ak je priemer d pórov membrány d<2tc+dг.и. (где dг.и. - диаметр гидратированного иона), то через такую мембрану будет проходить только или преимущественно вода, что и обуславливает селективность (полупроницаемость) клеточной мембраны дрожжевой клетки.
Ak sa však umelé membrány, ktorých priemer pórov nepresahuje priemer hydratovaného iónu, vyznačujú 100% selektivitou, potom selektivita biologických membrán nikdy nedosiahne 100%, pretože skutočné membrány majú póry rôznych priemerov (obr. 5), vrátane veľkých.presahujúcich hodnotu 2tc + dg.i., a viazaná voda, aj keď vo veľmi malých množstvách, má stále rozpúšťaciu schopnosť.
Obrázok 5. Schéma mechanizmu semipermeability biologických membrán
Kľúčovú úlohu pri vytváraní mechanizmu priamej osmózy teda zohráva štruktúra biologickej membrány kvasinkovej bunky, ktorej semipermeabilita je spôsobená:
1) prítomnosť viazanej vody v póroch membrány;
2) tvorba hydratovaných iónov v medzibunkovej fáze - veľké konglomeráty iónov rozpustenej látky s molekulami vody.
2.2 Mstroj na priamu osmózu
Kvasinková bunka lokalizovaná v kvasinkovej suspenzii je systém pozostávajúci z dvoch fáz ohraničených bunkovou stenou kvasinkovej bunky – polopriepustnou membránou.
Keď sa soľ ponorí do suspenzie kvasiniek osmoindukujúcej zložky, ako je chlorid sodný, rozloží sa na mnoho mikroskopických kryštálov.
Mikrokryštály, ktoré vo svojej štruktúre kryštálovej mriežky nesú kladne nabité ióny sodíka aj záporne nabité chloridové ióny, začínajú pociťovať sily interakcie ión-dipól z molekúl vody. V procese takejto interakcie sú molekuly vody priťahované k kladne nabitým iónom sodíka ich zápornými pólmi a k záporne nabitým chloridovým iónom ich kladnými. Ak však ióny k sebe priťahujú molekuly vody, potom aj molekuly vody k sebe priťahujú ióny. Súčasne priťahované molekuly vody zažívajú šoky z nepriťahovaných molekúl vody, ktoré sú v tepelnom pohybe. Tieto rázy, ako aj tepelné vibrácie samotných iónov, sú dostatočné na to, aby prekonali sily, ktoré držia sodíkové alebo chlórové ióny v štruktúre kryštálovej mriežky monokryštálu a preniesli ich do roztoku.
Po prvej vrstve iónov prechádza do roztoku ďalšia vrstva, čím dochádza k postupnému rozpúšťaniu mikrokryštálu. Ióny, ktoré prešli do roztoku, zostávajú viazané na molekuly vody a tvoria iónové hydráty, ktoré značne bránia spätnému spojeniu iónov s mikrokryštálom. Z fyzikálneho hľadiska je teda proces rozpúšťania soli v kvasinkovej suspenzii vlastne proces hydratácie iónov osmoindukujúcej zložky, sprevádzaný jej následnou disociáciou a tvorbou v roztoku (medzibunkovom médiu kvasinková suspenzia) mnohých iónov obklopených hydratačnými obalmi (hydratované ióny).
Keďže biomembrána kvasinkovej bunky je polopriepustná, zložky posudzovaného systému nie sú od seba izolované, a preto, keď sa soľ rozpustí v kvasinkovej suspenzii (zložka indukujúca osmotické bunky je ponorená do medzibunkového média kvasiniek suspenzia), sily iónovo-dipólovej interakcie medzi mikrokryštálmi a molekulami vody sú vystavené nielen molekulám vody, ktoré sa nachádzajú v medzibunkovom priestore (1. fáza), ale aj molekulám vody lokalizovaným vo vnútrobunkovom priestore kvasinkovej bunky (2. fáza ).
Preto možno predpokladať, že k chaotickému tepelnému pohybu molekúl v dôsledku interakcie molekúl vody a iónov osmoindukujúcej zložky dochádza v celom systéme v smere vyššej koncentrácie monokryštálov (vyšší chemický potenciál), to znamená, že dochádza k redistribúcii vlhkosti z vnútrobunkového prostredia (1. fáza) do medzibunkového prostredia (2. fáza).
Keďže zložky dvojfázového systému nie sú navzájom izolované, na základe vyššie uvedených záverov a tiež pri zohľadnení túžby akéhokoľvek systému po rovnováhe by bolo logické predpokladať, že pohyb molekúl vody v systéme by sa mali vyskytovať aj v opačnom smere, to znamená z medzibunkového média do intracelulárneho . Takýto jav však nie je pozorovaný kvôli špeciálnym vlastnostiam štruktúry bunkovej membrány a určitým špecifickým formám viazania vlhkosti v kvasinkovej bunke, o ktorých sme hovorili vyššie.
Hydratované ióny vznikajúce počas iónovo-dipólovej interakcie iónov osmoindukujúcej zložky a molekúl vody sú pomerne veľké štrukturálne formácie a už nemôžu opustiť medzibunkový priestor (fáza 1). Môžeme teda pozorovať situáciu, keď počet molekúl vody pohybujúcich sa z fázy 1 do fázy 2 do značnej miery prevažuje nad počtom molekúl vody pohybujúcich sa opačným smerom v dôsledku skutočnosti, že niektoré molekuly vody lokalizované v medzibunkovom priestore nemôžu opustiť je v zložení vytvoreného konglomerátu iónu osmoindukujúcej zložky a vody (hydratovaný ión).
Zároveň hodnota objemového prietoku z fázy 2 do fázy 1 do značnej miery prevažuje nad hodnotou objemového prietoku v opačnom smere a v dôsledku rozdielnej pohyblivosti molekúl vody a hydratovaných iónov osmoindukčnej zložky, tj. v skutočnosti pozorujeme efekt redistribúcie časti vnútrobunkovej vlhkosti do medzibunkového priestoru (obr. .6)
Podobný prechod vlhkosti cez semipermeabilnú membránu kvasinkovej bunky do medzibunkového priestoru bude pokračovať až do:
a) v medzibunkovom priestore kvasinkovej suspenzie budú častice schopné ovplyvniť proces redistribúcie, to znamená až po úplnú disociáciu osmoindukčnej zložky a vytvorenie maximálneho možného počtu hydratovaných iónov (v prípade nízka koncentrácia zavedenej osmoindukujúcej zložky);
b) molekuly vody prítomné v systéme budú mať dostatočnú energiu a stupeň voľnosti pre interakciu ión-dipól (v prípade vysokej koncentrácie zavedenej osmo-indukujúcej zložky);
c) hodnota chemického potenciálu v medzibunkovej fáze v dôsledku redistribúcie vlhkosti nedosiahne minimálny možný ukazovateľ (v prípade úplnej redistribúcie vlhkosti z vnútrobunkového priestoru do medzibunkového priestoru).
Obrázok 6. Schéma redistribúcie vnútrobunkovej vlhkosti do medzibunkového priestoru cez semipermeabilnú membránu kvasinkovej bunky pri ponorení do kvasinkovej suspenzie osmoindukujúcej zložky
Dôsledkom takejto redistribúcie vlhkosti je postupný vznik tlakového gradientu – osmotického tlaku, vedúceho k fyzickej deformácii bunkovej steny kvasinkovej bunky a jej stlačeniu – plazmolýze (obr. 7).
Obrázok 7. Zmena tvaru a veľkosti kvasinkovej bunky pri ponorení do kvasinkovej suspenzie osmoindukujúcej zložky
Ponorenie osmoindukčnej zložky priamo do kvasinkovej suspenzie umožňuje vytvoriť podmienky pre indukciu maximálneho možného počtu častíc schopných ovplyvniť proces redistribúcie v systéme a tým zabezpečiť maximálnu účinnosť osmotického procesu. Súčasne ponorenie suspenzie kvasiniek do hotového roztoku zložky indukujúcej osmotický účinok poskytuje minimálny osmotický účinok v dôsledku absencie častíc v hotovom roztoku, ktoré môžu ovplyvniť proces redistribúcie, to znamená, ak v prvom V prípade, že proces redistribúcie vlhkosti v biologickom systéme vzniká v dôsledku kombinovaného účinku koncentračnej elektroosmózy a kapilárnej osmózy, potom v druhom prípade výlučne v dôsledku účinku koncentračnej elektroosmózy.
Uvažovaný kapilárno-filtračný model redistribúcie vlhkosti cez semipermeabilnú membránu v skutočnosti odráža fyzikálny model fenoménu priamej osmózy a umožňuje dostatočne podrobne predstaviť si procesy prebiehajúce vo vnútri aj mimo kvasinkovej bunky počas procesu redistribúcie a tiež vysvetliť charakter samotného javu.
3 . Reverzná osmóza
V prípade, že na roztok s vyššou koncentráciou pôsobí vonkajší tlak presahujúci osmotický tlak, molekuly vody sa začnú pohybovať cez semipermeabilnú membránu v opačnom smere, teda z koncentrovanejšieho roztoku do menej koncentrovaného. Tento proces sa nazýva „reverzná osmóza“. Na tomto princípe fungujú všetky membrány reverznej osmózy.
V procese reverznej osmózy dochádza k oddeleniu vody a látok v nej rozpustených na molekulárnej úrovni, pričom na jednej strane membrány sa hromadí takmer dokonale čistá voda a na jej druhej strane zostávajú všetky nečistoty.
Obrázok 8. Reverzná osmóza
Reverzná osmóza teda poskytuje oveľa vyšší stupeň čistenia ako väčšina tradičných filtračných metód založených na filtrácii mechanických častíc a adsorpcii množstva látok pomocou aktívneho uhlia.
V domácich systémoch reverznej osmózy tlak vstupnej vody na membránu zodpovedá tlaku vody v potrubí. Ak sa tlak zvýši, zvýši sa aj prietok vody cez membránu.
V praxi membrána úplne nezadržiava rozpustené látky vo vode. Prenikajú cez membránu, ale v zanedbateľnom množstve. Preto čistená voda obsahuje ešte malé množstvo rozpustených látok. Je dôležité, aby zvýšenie vstupného tlaku neviedlo k zvýšeniu obsahu soli vo vode po membráne. Naopak, väčší tlak vody nielen zvyšuje výkon membrány, ale zlepšuje aj kvalitu čistenia. Inými slovami, čím vyšší je tlak vody na membránu, tým viac čistej vody lepšej kvality možno získať.
V procese čistenia vody sa zvyšuje koncentrácia solí na vstupnej strane, v dôsledku čoho sa membrána môže upchať a prestať fungovať. Aby sa tomu zabránilo, pozdĺž membrány sa vytvorí nútený tok vody, ktorý prepláchne "soľanku" do odtoku.
Účinnosť procesu reverznej osmózy vo vzťahu k rôznym nečistotám a rozpusteným látkam závisí od množstva faktorov. Výkon systémov reverznej osmózy ovplyvňuje tlak, teplota, pH, materiál membrány a chémia vstupnej vody.
Anorganické látky sú veľmi dobre oddelené membránou reverznej osmózy. V závislosti od typu použitej membrány (acetát celulózy alebo tenkovrstvový kompozit) je stupeň čistenia pre väčšinu anorganických prvkov 85 % - 98 %.
Membrána reverznej osmózy tiež odstraňuje organické látky z vody. Organické látky s molekulovou hmotnosťou vyššou ako 100-200 sú úplne odstránené; a pri menšom množstve môžu preniknúť membránou v malých množstvách. Veľká veľkosť vírusov a baktérií prakticky vylučuje možnosť ich prieniku cez membránu.
Membrána zároveň prepúšťa kyslík a iné plyny rozpustené vo vode, ktoré určujú jej chuť. Výsledkom je, že výstup systému reverznej osmózy je čerstvá, chutná, taká čistá voda, ktorá, prísne vzaté, nevyžaduje ani varenie.
Záver
Osmóza hrá dôležitú úlohu v mnohých biologických procesoch.
Membrána obklopujúca normálnu krvnú bunku je priepustná len pre molekuly vody, kyslík, niektoré živiny rozpustené v krvi a bunkové odpadové produkty; pre veľké proteínové molekuly, ktoré sú vo vnútri bunky v rozpustenom stave, je nepreniknuteľná.
Preto proteíny, ktoré sú také dôležité pre biologické procesy, zostávajú vo vnútri bunky.
Osmóza sa podieľa na transporte živín v kmeňoch vysokých stromov, kde kapilárny transport túto funkciu nie je schopný plniť. Osmóza sa široko používa v laboratórnej technológii: pri určovaní molárnych charakteristík polymérov, koncentrácii roztokov a štúdiu rôznych biologických štruktúr.
Osmotické javy sa niekedy využívajú v priemysle, napríklad pri výrobe určitých polymérnych materiálov, pri čistení vysoko mineralizovaných vôd metódou reverznej osmózy kvapalín.
Rastlinné bunky tiež používajú osmózu na zväčšenie objemu vakuoly tak, že rozširuje bunkové steny (turgor). Rastlinné bunky to robia ukladaním sacharózy. Zvyšovaním alebo znižovaním koncentrácie sacharózy v cytoplazme môžu bunky regulovať osmózu. Vďaka tomu sa zvyšuje elasticita rastliny ako celku. Mnohé pohyby rastlín sú spojené so zmenami tlaku turgoru (napríklad pohyby fúzov hrachu a iných popínavých rastlín). Sladkovodné prvoky majú tiež vakuolu, ale úlohou vakuol prvokov je iba odčerpať prebytočnú vodu z cytoplazmy, aby sa udržala stála koncentrácia látok v nej rozpustných. Osmóza zohráva dôležitú úlohu aj v ekológii vodných útvarov.
Bibliografia
1. Dytnersky, Yu.I. Reverzná osmóza a ultrafiltrácia / Yu. I. Dytnersky - M.: Chemistry, 1978. - 352 s.
2. Latypov, I.A. Skúmanie mechanizmu spontánnych osmotických procesov prenosu hmoty v systémoch biologického pôvodu / I.A. Latypov, M.K. Gerasimov // VestnikKazan. technol. univerzite - 2008. - č. 3. - S.85-91
3. Mushtaev, V.I. Sušenie rozptýlených materiálov / V.I. Mushtaev, V.M. Uljanov - M.: Chémia, 1988. - 351 s.
4. Williams, V. Fyzikálna chémia pre biológov / V. Williams, H. Williams. - M.: Mir, 1976. - 600 s.
5. Churaev, N.V. Fyzichémia procesov prenosu hmoty v poréznych telesách / N.V. Churaev - M.: Chémia, 1990. - 271 s.
Hostené na Allbest.ru
Podobné dokumenty
Princíp detailnej rovnováhy. Determinizmus klasickej mechaniky. Brownov pohyb molekúl. Integrácia Langevinovej rovnice. Membránový difúzny koeficient. Orientácia molekúl na opačných stranách membrány. Model osmózy tekutých kryštálov.
článok, pridaný 23.06.2012
Pasívny a aktívny transport látok cez membránové štruktúry. Transport neelektrolytov jednoduchou a uľahčenou difúziou. Pasívny prenos neelektrolytov cez biomembrány, Rickova rovnica. Molekulárny mechanizmus aktívneho transportu iónov.
ročníková práca, pridaná 25.02.2011
História objavu fyzikálneho javu difúzie. Experimentálne stanovenie Boltzmannovej a Avogadrovej konštanty. Zákonitosti Brownovho pohybu. Schéma difúzie cez semipermeabilnú membránu. Aplikácia fyzikálneho javu difúzie v živote človeka.
abstrakt, pridaný 21.05.2012
Stanovenie hustoty toku formamidu cez plazmatickú membránu Chara ceratophylla s hrúbkou 8 nm. Výpočet koeficientu permeability plazmatickej membrány Mycoplasma pre formamid. Fickova rovnica pre difúziu. Výpočet Nernstovho potenciálu pre ióny.
test, pridané 01.09.2015
Iónová povaha membránových potenciálov. Pokojový potenciál, Nernstova rovnica. Stacionárny Goldman-Hodgkinov potenciál. Rovnica elektrodifúzie iónov cez membránu v rovnomernej aproximácii poľa. Mechanizmus tvorby a šírenia akčného potenciálu.
abstrakt, pridaný 16.12.2015
Odvetvie fyziky nízkych teplôt, ktoré študuje vzorce zmien vlastností látok pri kryogénnych teplotách. Pracovné telo v kryogénnych systémoch. Obnova biologických funkcií po rozmrazení. Kondenzačná teplota zemného plynu.
prezentácia, pridané 8.10.2013
Stanovenie výhrevnosti paliva, objemov splodín horenia. Stanovenie súčiniteľa prestupu tepla vo výmenníku tepla. Rovnica tepelnej bilancie pre kontaktný výmenník tepla. Výber a výpočet plynových horákov v systémoch zásobovania teplom a plynom.
semestrálna práca, pridaná 4.7.2015
Rastrovací tunelovací mikroskop, aplikácia. Princíp činnosti mikroskopu atómových síl. Štúdium biologických objektov - makromolekúl (vrátane molekúl DNA), vírusov a iných biologických štruktúr pomocou mikroskopie atómových síl.
ročníková práca, pridaná 28.04.2014
Výpočet difúzneho profilu antimónu v kremíku, stanovenie hlavných parametrov tohto procesu. Použitie fenomenologického modelu difúzie. Vplyv parametrov na hĺbku výskytu nečistôt. Numerické riešenie difúznej rovnice pomocou implicitnej diferenčnej schémy.
ročníková práca, pridaná 28.08.2010
Popis experimentálnej zostavy, princíp merania tlaku vzduchu a určenie jeho optimálnej hodnoty. Zostavenie denníka pozorovania a analýza získaných údajov. Výpočet barometrického tlaku analytickou a grafickou metódou.
Príbeh
najprv osmóza pozoroval A. Nolle v r sa však so štúdiom tohto javu začalo až o storočie neskôr.
Podstata procesu
Ryža. jeden. Osmóza cez polopriepustnú membránu. Častice rozpúšťadla (modré) sú schopné prejsť cez membránu, častice rozpustenej látky (červené) nie.
Fenomén osmózy sa pozoruje v tých médiách, kde je pohyblivosť rozpúšťadla väčšia ako pohyblivosť rozpustených látok. Dôležitým špeciálnym prípadom osmózy je osmóza cez semipermeabilnú membránu. Nazývajú sa polopriepustné membrány, ktoré majú dostatočne vysokú priepustnosť nie pre všetky, ale iba pre niektoré látky, najmä pre rozpúšťadlo. (Mobilita rozpustených látok v membráne má tendenciu k nule). Spravidla je to spôsobené veľkosťou a pohyblivosťou molekúl, napríklad molekula vody je menšia ako väčšina molekúl rozpustených látok. Ak takáto membrána oddeľuje roztok a čisté rozpúšťadlo, potom sa koncentrácia rozpúšťadla v roztoku ukazuje ako menej vysoká, pretože niektoré jeho molekuly sú nahradené molekulami rozpustenej látky (pozri obr. 1). V dôsledku toho sa prechody častíc rozpúšťadla zo sekcie obsahujúcej čisté rozpúšťadlo do roztoku budú vyskytovať častejšie ako v opačnom smere. V súlade s tým sa objem roztoku zvýši (a koncentrácia látky sa zníži), zatiaľ čo objem rozpúšťadla sa zodpovedajúcim spôsobom zníži.
Napríklad polopriepustná membrána priľne k vaječnej škrupine zvnútra: umožňuje molekulám vody prejsť a zadržiava molekuly cukru. Ak takáto membrána oddeľuje cukrové roztoky s koncentráciou 5, respektíve 10 %, tak cez ňu v oboch smeroch prejdú len molekuly vody. Výsledkom je, že v zriedenom roztoku sa koncentrácia cukru zvýši a v koncentrovanejšom naopak zníži. Keď bude koncentrácia cukru v oboch roztokoch rovnaká, nastane rovnováha. Roztoky, ktoré dosiahli rovnováhu, sa nazývajú izotonické. Ak sa zabezpečí, aby sa koncentrácie nezmenili, osmotický tlak dosiahne konštantnú hodnotu, keď sa spätný tok molekúl vody rovná priamemu.
Osmóza, nasmerovaný vo vnútri obmedzeného objemu kvapaliny, sa nazýva endosmóza, von - exosmozóm. Transport rozpúšťadla cez membránu je riadený osmotickým tlakom. Tento osmotický tlak vzniká podľa Le Chatelierovho princípu v dôsledku skutočnosti, že systém sa snaží vyrovnať koncentráciu roztoku v oboch médiách oddelených membránou a je opísaný druhým termodynamickým zákonom. Rovná sa nadmernému vonkajšiemu tlaku, ktorý by mal byť aplikovaný zo strany roztoku, aby sa proces zastavil, to znamená, aby sa vytvorili podmienky pre osmotickú rovnováhu. Prekročenie nadmerného tlaku nad osmotický tlak môže viesť k zvráteniu osmózy - spätnej difúzii rozpúšťadla.
V prípadoch, keď je membrána priepustná nielen pre rozpúšťadlo, ale aj pre niektoré rozpustené látky, prenos týchto látok z roztoku do rozpúšťadla umožňuje uskutočniť dialýzu, ktorá sa používa ako spôsob čistenia polymérov a koloidných systémov z nečistoty s nízkou molekulovou hmotnosťou, ako sú elektrolyty.
Hodnota osmózy
Osmóza hrá dôležitú úlohu v mnohých biologických procesoch. Membrána obklopujúca normálnu krvnú bunku je priepustná len pre molekuly vody, kyslík, niektoré živiny rozpustené v krvi a bunkové odpadové produkty; pre veľké proteínové molekuly, ktoré sú vo vnútri bunky v rozpustenom stave, je nepreniknuteľná. Preto proteíny, ktoré sú také dôležité pre biologické procesy, zostávajú vo vnútri bunky.
Osmóza podieľa sa na transporte živín v kmeňoch vysokých stromov, kde kapilárny transport túto funkciu nie je schopný plniť.
Osmóza sa široko používajú v laboratórnej technike: pri určovaní molárnych charakteristík polymérov, koncentrácii roztokov a štúdiu rôznych biologických štruktúr. Osmotické javy sa niekedy využívajú v priemysle, napríklad pri výrobe určitých polymérnych materiálov, pri čistení vysoko mineralizovanej vody reverznou osmózou kvapalín.
Použitie rastlinných buniek osmóza aj na zväčšenie objemu vakuoly, aby praskla bunkové steny (turgorový tlak). Rastlinné bunky to robia ukladaním sacharózy. Zvyšovaním alebo znižovaním koncentrácie sacharózy v cytoplazme môžu bunky regulovať osmózu. Vďaka tomu sa zvyšuje elasticita rastliny ako celku. Mnohé pohyby rastlín sú spojené so zmenami tlaku turgoru (napríklad pohyby fúzov hrachu a iných popínavých rastlín). Sladkovodné prvoky majú tiež vakuolu, ale úlohou vakuol prvokov je iba odčerpať prebytočnú vodu z cytoplazmy, aby sa udržala stála koncentrácia látok v nej rozpustených.
Osmóza zohráva významnú úlohu aj v ekológii vodných útvarov. Ak koncentrácia soli a iných látok vo vode stúpa alebo klesá, potom obyvatelia týchto vôd zomrú na škodlivé účinky osmózy.
Priemyselné využitie
Prvú elektráreň na svete – prototyp, ktorý využíva fenomén osmózy na výrobu elektriny, spustila spoločnosť Statkraft 24. novembra 2009 v Nórsku pri meste Tofte. Slaná morská a sladká voda v elektrárni sú oddelené membránou; keďže koncentrácia solí v morskej vode je vyššia, medzi slanou vodou v mori a sladkou vodou z fjordu sa rozvinie fenomén osmózy, konštantný tok molekúl vody cez membránu smerom k slanej vode. V dôsledku toho sa zvyšuje tlak slanej vody. Tento tlak zodpovedá tlaku stĺpca vody vysokého 120 metrov, teda pomerne vysokého vodopádu. Prietok vody je dostatočný na to, aby poháňal vodnú turbínu na výrobu energie. Výroba je obmedzená, hlavným účelom je testovanie zariadení. Najproblematickejším komponentom elektrárne sú membrány. Podľa odhadov Statkraftu by sa celosvetová produkcia mohla pohybovať medzi 1 600 až 1 700 TWh, čo je porovnateľné so spotrebou Číny v roku 2002. Obmedzenie súvisí s princípom fungovania – takéto elektrárne je možné stavať len na pobreží. Toto nie je stroj na večný pohyb, zdrojom energie je energia slnka. Slnečné teplo oddeľuje vodu od mora počas vyparovania a prenáša ju na pevninu prostredníctvom vetra. Potenciálna energia sa využíva vo vodných elektrárňach, kým chemická energia bola dlho zanedbávaná.
Poznámky
Odkazy
Nadácia Wikimedia. 2010.
Synonymá:Pozrite sa, čo je „osmóza“ v iných slovníkoch:
osmóza- osmóza a... ruský pravopisný slovník
OSMOS, jednosmerná difúzia ROZPÚŠŤADLA (ako je voda) cez prírodnú alebo umelú polopriepustnú membránu (prepážka, ktorá prepúšťa len určité rozpustené látky) do koncentrovanejšieho roztoku. Kvôli… … Vedecko-technický encyklopedický slovník
Vlastnosť kvapalín spájať, aj keď sú oddelené Ph.D. pórovitá prepážka, ako aj presakovanie kvapalín. Kompletný slovník cudzích slov, ktoré sa začali používať v ruskom jazyku. Popov M., 1907. OSMOS pozri ENDOSMOS a ... ... Slovník cudzích slov ruského jazyka
- (z gréckeho osmos push pressure), jednosmerný prenos rozpúšťadla cez polopriepustnú prepážku (membránu), ktorá oddeľuje roztok od čistého rozpúšťadla alebo roztoku nižšej koncentrácie. Vzhľadom na tendenciu systému k termodynamickej ... ... Veľký encyklopedický slovník
Osmoz Slovník ruských synoným. osmóza č., počet synoným: 2 osmóza (1) elektroosmóza ... Slovník synonym
Osmóza- (z gr. osmos push, tlak) difúzia látok vo forme iónov cez polopriepustné bunkové membrány. Osmóza smerujúca do buniek sa nazýva endosmóza, vonkajšia exosmóza. Hlavný kanál metabolizmu organizmov s prostredím. ... ... Ekologický slovník
osmóza- - prienik molekúl rozpúšťadla cez membránu z rozpúšťadla do roztoku alebo z roztoku s nižšou koncentráciou do roztoku s vyššou koncentráciou. Všeobecná chémia: učebnica / A. V. Žolnin Osmóza - difúzia rozpúšťadla cez polopriepustnú ... ... Chemické termíny
- (z gréckeho osmos push, tlak), samovoľný prechod rozpúšťadla cez polopriepustnú membránu, ktorá neumožňuje priechod rozpustenej látky. Aby sa zachovalo pôvodné zloženie roztoku, je potrebné k roztoku pripojiť ... ... Moderná encyklopédia
Obsah článku
OSMÓZA, prenos látky z jedného roztoku do druhého cez membránu. Membrány, ktoré nie sú priepustné pre všetky, ale len pre určité látky, sa nazývajú polopriepustné. Napríklad na vaječnú škrupinu je zvnútra pripevnená polopriepustná membrána: umožňuje molekulám vody prejsť a zadržiava molekuly cukru. Ak takáto membrána oddeľuje cukrové roztoky s koncentráciou 5, respektíve 10 %, tak cez ňu v oboch smeroch prejdú len molekuly vody. Pretože voda bude prúdiť zo zriedeného roztoku do koncentrovaného rýchlejšie ako naopak, pohyb vody medzi týmito dvoma roztokmi bude vo všeobecnosti prebiehať rovnakým smerom. Výsledkom je, že v zriedenom roztoku sa koncentrácia cukru zvýši a v koncentrovanejšom naopak zníži. Keď bude koncentrácia cukru v oboch roztokoch rovnaká, nastane rovnováha. Roztoky, ktoré dosiahli rovnováhu, sa nazývajú izotonické.
Osmóza hrá dôležitú úlohu v mnohých biologických procesoch. Membrána obklopujúca normálnu krvnú bunku je priepustná len pre molekuly vody, kyslík, živiny rozpustené v krvi a bunkové odpadové produkty; pre veľké proteínové molekuly, ktoré sú vo vnútri bunky v rozpustenom stave, je nepreniknuteľná. Preto proteíny, ktoré sú také dôležité pre biologické procesy, zostávajú vo vnútri bunky.
Mechanizmus osmózy ani faktory, ktoré určujú priepustnosť membrán, ešte nie sú úplne pochopené. Či je daná membrána polopriepustná, a ak áno, pre ktoré látky, sa dá zistiť len empiricky.
osmotický tlak.
Keď sú dva roztoky s rôznymi koncentráciami rozpustených látok oddelené polopriepustnou membránou, pôsobí naň sila od zriedenejšieho až po koncentrovanejší roztok. Táto sila, nazývaná osmotický tlak, môže byť veľmi významná. Napríklad v strome pôsobením osmotického tlaku stúpa rastlinná šťava od koreňov až po vrchol. Ale na strome nie je pohyb koncentrovaného roztoku, ktorým je zeleninová šťava, nijako obmedzený. Ak je takýto roztok v uzavretom priestore, napríklad v krvinke, potom osmotický tlak môže viesť k prasknutiu bunkovej steny. Z tohto dôvodu sa lieky určené na podávanie do krvi rozpúšťajú v izotonickom roztoku obsahujúcom toľko chloridu sodného (kuchynskej soli), koľko je potrebné na vyrovnanie osmotického tlaku vytváraného bunkovou tekutinou. Ak by sa infúzne lieky vyrábali s vodou, osmotický tlak by vtlačil vodu do krvných buniek a spôsobil by ich prasknutie. Ak sa do krvi zavedie príliš koncentrovaný roztok chloridu sodného, voda z buniek vyjde a tie sa zmrštia.
Hodnota osmotického tlaku vytvoreného roztokom závisí od množstva, a nie od chemickej povahy látok v ňom rozpustených (alebo iónov, ak molekuly látky disociujú). Čím väčšia je koncentrácia roztoku, tým väčší je osmotický tlak, ktorý vytvára. Toto pravidlo, nazývané zákon osmotického tlaku, je vyjadrené jednoduchým vzorcom, veľmi podobným zákonu ideálneho plynu. Na výpočet molekulovej hmotnosti danej látky možno použiť zákon osmotického tlaku.
Požiadavky na vlastnosti pitnej vody sa v posledných desaťročiach výrazne zvýšili. To neznamená, že ľudia začali konzumovať lepšiu tekutinu, ale technológie filtrácie a čistenia vody sa skutočne zefektívnili. Takéto zariadenia zároveň nie vždy fungujú na zásadne nových technológiách – vývojári často zakladajú čistiace systémy na princípoch, ktoré nás obklopujú v prírode. Osmóza je jedným z týchto javov. Čo to je a aké výhody môže priniesť bežnému človeku? Ide o technologický proces, ktorý umožňuje poskytovať in vivo. Existujú rôzne prístupy k technickej realizácii osmózy, ale jej ciele zostávajú rovnaké – získanie čistej a nezávadnej vody na pitie.
Princíp osmózy
Tento proces môže prebiehať v systémoch, kde je pohyblivosť rozpustených prvkov menšia ako úroveň aktivity rozpúšťadla. Zvyčajne odborníci jasnejšie demonštrujú tento jav pomocou polopriepustnej membrány. Je dôležité vziať do úvahy, že takéto membrány možno nazvať polopriepustnými iba pre niektoré častice. Teraz môžete presnejšie odpovedať na nasledujúcu otázku: osmóza - čo to je? V podstate ide o proces oddeľovania určitých látok z prostredia, v ktorom sa nachádzali pred oddelením cez membránu. Napríklad, ak sa takáto membrána použije na oddelenie čistého rozpúšťadla a roztoku, potom bude koncentrácia prvého v médiu menej vysoká, pretože určitý podiel jeho molekúl je nahradený časticami rozpustených látok.
Čo je špeciálne na reverznej osmóze?
Proces reverznej osmózy je pokročilá technológia na filtrovanie rôznych médií. Opäť stojí za to vrátiť sa k princípu, na základe ktorého osmóza funguje – aká je vo finálnej podobe? Ide napríklad o morskú vodu vyčistenú od soli. Rovnakým spôsobom je možné vykonať filtráciu od iných nečistôt. Na to sa používa reverzná osmóza, pri ktorej tlak pôsobí na médium a núti látku prejsť cez čistiacu membránu.
Napriek vysokej účinnosti takéhoto čistenia sa výrobcom podarilo dosiahnuť výrazné úspechy v technologickom vývoji tohto konceptu až v posledných desaťročiach. Moderné čistenie zahŕňa použitie najtenších membrán, ktoré neprepustia ani častice vo forme nečistôt s nízkou molekulovou hmotnosťou - mimochodom, ich veľkosť môže byť až 0,001 mikrónu.
Technická realizácia
Napriek zjavnej zložitosti je reverzná osmóza implementovaná v pomerne kompaktných zariadeniach. Základ takýchto systémov tvoria filtre, ktorých môže byť niekoľko. V tradičnom dizajne začína čistenie predfiltrami. Nasleduje kombinovaný post-filter, ktorý môže plniť aj doplnkové funkcie klimatizácie alebo mineralizátora. Najpokročilejšie modely zahŕňajú zahrnutie vysoko selektívnych membrán - ide o najefektívnejší a najnákladnejší systém. Osmóza v tomto prevedení poskytuje nielen viacstupňové čistenie, ale aj zmäkčuje vodu. K filtrom sú dodávané aj kartuše, špeciálne keramické batérie, zásobníky s možnosťou výmeny zásobníka a kryt.
Pri prechode cez ňu sa zbavuje rozpustených a mechanických nečistôt, chlóru a jeho zlúčenín, herbicídov, hliníka, ropných produktov, pesticídov, prvkov hnojív, fenolov, ťažkých kovov, ako aj vírusov a baktérií. Účinok takéhoto čistenia možno pozorovať aj bez špeciálnej analýzy. Pachov a nepríjemných chutí vás zbaví napríklad obyčajná voda z vodovodu. Uvedená funkcia mineralizácie navyše poskytuje kompozícii obohatenie o prírodné minerály, medzi ktoré patria užitočné ióny.
Výrobcovia a ceny filtrov
Možno v Rusku neexistujú známejšie vodné filtre ako produkty Aquaphor. Spoločnosť vyrába ultra kompaktné automatické systémy, ktoré realizujú vysokokvalitné čistenie s obohatením o užitočné prvky. Charakteristickým znakom ponuky Aquaphor je účinnosť a praktickosť systémov, ktoré poskytujú rýchlu osmózu. Cena takýchto zariadení je 8-9 tisíc rubľov. Populárne sú aj produkty značky Geyser - najmä séria Prestige. Takéto filtre kombinujú vysokokvalitné čistenie a jednoduché použitie. Mimochodom, zdroj membrány reverznej osmózy takéhoto systému je 10-krát dlhší ako životnosť štandardných kaziet. Kompletná sada takéhoto filtračného komplexu stojí asi 10 tisíc rubľov. Zahraničné systémy reverznej osmózy sú tiež žiadané na domácom trhu, medzi ktoré patria japonské výrobky Toray. Vývojári ponúkajú zariadenia s priamym prietokom, ktoré nevyžadujú nádrž a sú vybavené samostatným kohútikom.
Obrovskú úlohu pri absorpcii a uvoľňovaní látok rastlinnou bunkou zohrávajú difúzne javy. Difúzia je riadený pohyb častíc látky smerom k jej nižšej koncentrácii. - difúzia molekúl rozpúšťadla do roztoku cez polopriepustnú membránu oddeľujúcu roztok od čistého rozpúšťadla alebo od roztoku s nižšou koncentráciou. Rýchlosť difúzie je nepriamo úmerná veľkosti a hmotnosti molekúl; takže sacharóza difunduje pomalšie s menšou molekulou. Koloidné roztoky (bielkoviny a pod.) majú slabú difúznu schopnosť.
