Осмос в химии это кратко

Обновлено: 05.07.2024

Два важных процесса массопереноса в химии и биологии — это диффузия и осмос.

Определение осмоса

Осмос — это процесс, при котором молекулы растворителя перемещаются через полупроницаемую мембрану из разбавленного раствора в более концентрированный раствор (который становится более разбавленным). В большинстве случаев растворителем является вода. Однако растворителем может быть другая жидкость или даже газ. Осмос можно заставить работать.

История

Как работает осмос.

Осмос действует для выравнивания концентрации с обеих сторон мембраны. Поскольку частицы растворенного вещества не могут пересекать мембрану, перемещаться должна вода (или другой растворитель). Чем ближе система к равновесию, тем более стабильной она становится, поэтому осмос является термодинамически благоприятным.

Пример осмоса

Хороший пример осмоса — это когда красные кровяные тельца помещаются в пресную воду. Клеточная мембрана красных кровяных телец представляет собой полупроницаемую мембрану. Концентрация ионов и других молекул растворенных веществ внутри клетки выше, чем вне ее, поэтому вода перемещается в клетку посредством осмоса. Это вызывает набухание клеток. Поскольку концентрация не может достичь равновесия, количество воды, которая может перемещаться в клетку, сдерживается давлением клеточной мембраны, действующим на содержимое клетки. Часто клетка поглощает больше воды, чем может выдержать мембрана, в результате чего клетка лопается.

Связанный термин — осмотическое давление. Осмотическое давление — это внешнее давление, которое необходимо приложить таким образом, чтобы не было чистого движения растворителя через мембрану.

Осмос – явление селективной диффузии определенного сорта частиц через полупроницаемую перегородку. Это явление впервые описал аббат Нолле в 1748 г. Перегородки, проницаемые только для воды или другого растворителя и непроницаемые для растворенных веществ, как низкомолекулярных, так и высокомолекулярных, могут быть изготовлены из полимерных пленок (коллодия) или гелеобразных осадков, например, ферроцианида меди Cu₂[Fe(CN)₆]; этот осадок образуется в порах перегородки стеклянного фильтра при погружении пористого материала сначала в раствор медного купороса (CuSO₄ x 5H₂O), а затем желтой кровяной соли K₂[Fе(CN)₆] . Вещества диффундируют через такую перегородку, что является важным случаем осмоса, позволяющим измерять осмотическое дав-ление, т. е. осмотическое давление – мера стремления растворенного вещества перейти вследствие теплового движения в процессе диффузии из раствора в чистый растворитель; распределяется равномерно по всему объему растворителя, понизив первоначальную концентрацию раствора.

За счет осмотического давления сила заставляет жидкость подниматься вверх, это осмотическое давление уравновешивается гидростатическим давлением. Когда скорости диффундирующих веществ станут равны, тогда осмос прекратится.

Закономерности:

1. При постоянной температуре осмотическое давление раствора прямо пропорционально концентрации растворенного вещества.

2. Осмотическое давление пропорционально абсолютной температуре.

В 1886 г. Я. Г. Вант-Гофф показал, что величина осмотического давления может быть выражена через состояние газа

Закон Авогадро применим к разбавленным растворам: в равных объемах различных газов при одинаковой температуре и одинаковом осмотическом давлении содержится одинаковое число растворенных частиц. Растворы различных веществ, имеющие одинаковые молярные концентрации при одинаковой температуре, имеют одинаковое осмотическое давление. Такие растворы называются изотоническими.

Осмотическое давление не зависит от природы растворяемых веществ, а зависит от концентрации. Если объем заменить на концентрацию, получим:

Рассмотрим закон Вант-Гоффа: осмотическое давление раствора численно равно тому давлению, которое производило бы данное количество растворенного вещества, если бы оно в виде идеального газа занимало при данной температуре объем, равный объему раствора.

Все описанные законы относятся к бесконечно разбавленным растворам.

Парциальное давление

Парциальное давление – то давление, которое оказывал бы газ, входящий в газовую смесь, если бы из нее были удалены все остальные газы при условии сохранения постоянными температуры и объема.

Общее давление газовой смеси определяется законом Дальтона: общее давление смеси газов, занимающих определенных объем, равно сумме парциальных давлений, которыми обладал бы каждый отдельно взятый газ, если бы он занимал объем, равный объему смеси газов.

где Р – общее давление;

Р_к – парциальное давление компонентов.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Осмос

Осмос Среди животных тканей есть своеобразные пленки, которые обладают способностью пропускать через себя молекулы воды, оставаясь непроницаемыми для молекул растворенных в воде веществ.Свойства этих пленок являются причиной физических явлений, носящих название

О́смос (от греч. ὄσμος — толчок, давление) — процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону большей концентрации растворённого вещества из объёма с меньшей концентрацией растворенного вещества.

Связанные понятия

Активный транспорт — перенос вещества через клеточную или внутриклеточную мембрану (трансмембранный активный транспорт) или через слой клеток (трансцеллюлярный активный транспорт), протекающий из области низкой концентрации в область высокой, т. е. с затратой свободной энергии организма. В большинстве случаев, но не всегда, источником энергии для осуществления активного транспорта служит энергия макроэргических связей АТФ.

Градиент концентрации или концентрационный градиент — это векторная физическая величина, характеризующая величину и направление наибольшего изменения концентрации какого-либо вещества в среде. Например, если рассмотреть две области с различной концентрацией какого-либо вещества, разделённые полупроницаемой мембраной, то градиент концентрации будет направлен из области меньшей концентрации вещества в область с большей его концентрацией. Вектор диффузионного потока направлен против вектора градиента.

Тка́невая жи́дкость — это часть внутренней среды организма, схожая по составу с плазмой, и служащая межклеточным веществом для организма.

Пассивный транспорт — перенос веществ из области высокой концентрации в область низкой без затрат энергии (например, диффузия, осмос). Диффузия — пассивное перемещение вещества из участка большей концентрации к участку меньшей концентрации. Осмос — пассивное перемещение некоторых веществ через полупроницаемую мембрану (обычно мелкие молекулы проходят, крупные не проходят).

Упоминания в литературе

Вода – важнейшая составная часть живого организма. Ее физиологическое значение заключается в том, что все процессы в организме (ассимиляция, диссимиляция, диффузия, осмос , резорбция, гидролиз, окислительное дезаминирование) протекают в водных растворах или при участии воды. Пожалуй, нет вещества более удивительного и загадочного, чем обыкновенная вода.

Пассивное всасывание происходит в петельке, петле Генле, которая имеет два колена – восходящее и нисходящее. Проходя через нисходящий отдел, моча отдает воду и становится концентрированной, а происходит отдача воды потому, что в восходящей петле наш дистальный каналец активно при помощи ацидогенеза и прочего реабсорбируется натрий. Натрий в тканевой жидкости вокруг петли Генле повышает осмотическое давление, и вода согласно законам осмоса устремляется в зону более концентрированную, т. е. уходит из канальца в ткань. При приеме твердой пищи преобладают процессы в нисходящей петле, моча при этом более концентрированная. При приеме больших количеств жидкости преобладают процессы в восходящей петле, моча менее концентрированная. А так как прием жидкостей и солей происходит толчками, а почки работают медленно, существует еще один механизм для уравновешивания осмотических различий – механизм Darrow—Jannet. При увеличении осмотического давления экстрацеллюлярной жидкости (внеклеточной) при приеме большого количества солей с пищей вода устремляется из клетки и как итог происходит увеличение объема экстрацеллюлярной жидкости. Это происходит при жажде. Если же соли теряются из внеклеточной жидкости, вода устремляется в зону более высокой концентрации солей, в клетку. Это весьма опасное состояние, потому что уменьшается объем циркулирующей крови, что представляет угрозу сердцу и почкам.

Обратный осмос и электродиализ применяются при одновременном обессоливании воды, в том числе и для питьевых целей. Наибольшее распространение получил способ смягчения на синтетических ионообменных смолах: ионы жесткости, имеющиеся в исходной воде, заменяются на ионы натрия смолы; отсюда и название способа. Во время регенерации ионообменной смолы раствором поваренной соли осуществляется обратный процесс: ионы натрия из поваренной соли заменяются на ионы солей жесткости, задержанные смолой.

Связанные понятия (продолжение)

Анаэробное дыхание — биохимический процесс окисления органических субстратов или молекулярного водорода с использованием в дыхательной ЭТЦ в качестве конечного акцептора электронов вместо O2 других окислителей неорганической или органической природы. Как и в случае аэробного дыхания, выделяющаяся в ходе реакции свободная энергия запасается в виде трансмембранного протонного потенциала, использующегося АТФ-синтазой для синтеза АТФ.

Газообмен — обмен газов между организмом и внешней средой. Из окружающей среды в организм непрерывно поступает кислород, который потребляется всеми клетками, органами и тканями; из организма выделяется образующийся в нём углекислый газ и незначительное количество др. газообразных продуктов метаболизма.

Абсо́рбция (лат. absorptio от absorbere — поглощать) — поглощение сорбата всем объёмом сорбента. Является частным случаем сорбции.

Центрифугирование — разделение неоднородных систем (напр., жидкость — твердые частицы) на фракции по плотности при помощи центробежных сил. Центрифугирование осуществляется в аппаратах, называемых центрифугами. Центрифугирование применяется для отделения осадка от раствора, для отделения загрязненных жидкостей, производится также центрифугирование эмульсий (напр., сепарирование молока). Центрифугирование бетона применяется для увеличения его прочности. Для исследования высокомолекулярных веществ.

Денитрификация (восстановление нитрата) — сумма микробиологических процессов восстановления нитратов до нитритов и далее до газообразных оксидов и молекулярного азота. В результате их азот возвращается в атмосферу и становится недоступным большинству организмов. Осуществляется только прокариотами (причём как бактериями, так и археями) в анаэробных условиях и связана с получением ими энергии.

Мембранный транспорт — транспорт веществ сквозь клеточную мембрану в клетку или из клетки, осуществляемый с помощью различных механизмов — простой диффузии, облегченной диффузии и активного транспорта.

Связывание углерода — общее название совокупности процессов, при которых углекислый газ CO2 преобразуется в органические вещества. Такие процессы используют автотрофы, то есть организмы, которые сами вырабатывают необходимые для себя органические вещества. В частности, процесс связывания углерода является составной частью фотосинтеза.

Физиологические условия — термин биологии, биохимии и медицины, обозначающий условия внешней или внутренней среды, которые могут встречаться в природе для данного организма или группы клеток в противовес искусственным, лабораторным условиям. Для большинства земных организмов под такими условиями обычно подразумевают температурный интервал 20-40 °С, атмосферное давление в одну атмосферу, pH 6,5-8, концентрацию глюкозы 1-20 мМ, атмосферную концентрацию кислорода и углекислого газа, физиологическую.

Оксидазы — окислительные ферменты класса оксидоредуктаз. В настоящее время найдено очень много разнообразных окислительных ферментов, как растительного, так и животного происхождения. В живых клетках оксидазы служат катализаторами окислительно-восстановительных реакций и классифицируются на металлоферменты и флавопротеиды.

Кисло́тно-осно́вное равнове́сие — относительное постоянство соотношения кислота-основание внутренней среды живого организма. Также называют кислотно-щелочным балансом, равновесием кислот и оснований. Является составной частью гомеостаза. Количественно характеризуется либо концентрацией водородных ионов (протонов) в молях на 1 л, либо водородным показателем pH.

Тра́нспортные белки́ — собирательное название большой группы белков, выполняющих функцию переноса различных лигандов как через клеточную мембрану или внутри клетки (у одноклеточных организмов), так и между различными клетками многоклеточного организма. Транспортные белки могут быть как интегрированными в мембрану, так и водорастворимыми белками, секретируемыми из клетки, находящимися в пери- или цитоплазматическом пространстве, в ядре или органеллах эукариот.

Биоремедиация — комплекс методов очистки вод, грунтов и атмосферы с использованием метаболического потенциала биологических объектов — растений, грибов, насекомых, червей и других организмов.

Цикл мочевины или орнитиновый цикл (цикл Кребса-Гензелейта) — последовательность биохимических реакций млекопитающих и некоторых рыб, в результате которой азотсодержащие продукты распада преобразуются в мочевину, которая в свою очередь выделяется почками. В большинстве случаев таким образом происходит превращение аммиака. У птиц и рептилий конечным продуктом выделения является не мочевина, а мочевая кислота. Земноводные и большинство рыб не преобразуют аммиак в другие соединения, поскольку вследствие.

Осморегуля́ция — совокупность процессов, происходящих в живом организме (одноклеточном или многоклеточном), направленных на поддержание постоянного осмотического давления. Осморегуляция присуща всем пресноводным и наземным животным, среди морских организмов осморегуляцией обладают все позвоночные (кроме миксинообразных), некоторые ракообразные, полихеты, моллюски.

Реабсорбция (лат. re обратное + лат. absorptio поглощение, всасывание) — обратное всасывание жидкости из полостей и полых анатомических структур организма.

Хемиосмос — биохимический механизм, с помощью которого осуществляется превращение энергии цепи переноса электронов в энергию АТФ. Включает изменение электрохимического потенциала клеточной мембраны.

Макроэргические молекулы (макроэрги) — биологические молекулы, которые способны накапливать и передавать энергию в ходе реакции. При гидролизе одной из связей высвобождается более 20 кДж/моль. По химическому строению макроэрги — чаще всего ангидриды фосфорной и карбоновых кислот, а также слабых кислот, какими являются тиолы и енолы.

Микрофлора — совокупность разных типов микроорганизмов, населяющих какую-либо среду обитания. Микрофлора водоёмов, воздуха, горных пород, почвы очень разнообразна, микрофлора рубца жвачных, поровых растворов разных видов почв и т. п. более специфична и включает микроорганизмы, находящиеся в тесных пищевых связях.

Пептон (англ. Peptone) — препарат, полученный из молока и мяса животных под действием протеолитических ферментов (если используется трипсин, то такой пептон называется триптон).

Энтероци́ты (лат. enterocytus) — общее название ряда клеток эпителия кишечника.Различают следующие типы энтероцитов: каёмчатые энтероциты, бокаловидные энтероциты (бокаловидные клетки), энтероциты ацидофильные (клетки Панета), энтероциты бескаёмчатые и другие.Некоторые источники называют энтероцитами только каёмчатые (столбчатые) энтероциты.

Фотодыхание (гликолатный путь, С2-фотосинтез) — стимулируемое светом выделение углекислого газа и поглощение кислорода у растений преимущественно с С3-типом фотосинтеза. Также под фотодыханием понимают биохимический путь, связанный с регенерацией одной молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты (С3) из двух молекул гликолевой кислоты (С2) и лежащий в основе вышеописанного газообмена. Наличие биохимического механизма фотодыхания обусловлено значительной оксигеназной активностью РуБисКО, ключевого фермента.

Ту́ргор тка́ней — напряжённое состояние оболочек живых клеток. Тургорное давление — внутреннее давление, которое развивается в растительной клетке, когда в неё в результате осмоса входит вода, и цитоплазма прижимается к клеточной стенке; это давление препятствует дальнейшему проникновению воды в клетку.

Хромофо́ры (др.-греч. χρῶμα — цвет и φέρω — несу) — ненасыщенные группы атомов, обуславливающие цвет химического соединения. В то же время поглощающие электромагнитное излучение независимо от наличия окраски. Так, карбонильная группа C=O является хромофором, поглощающим в области 280 нм, в то же время кетоны, содержащие С=O – бесцветные вещества. Хромофорная теория возникновения окраски была предложена в 1878 г. немецким учёным Виттом. К хромофорам относят азогруппу —N=N—, нитрогруппу —NO2, нитрозогруппу.

Кето́новые тела́ (синоним: ацето́новые тела, ацето́н ) — группа продуктов обмена веществ, которые образуются в печени из ацетил-КоА.

Нитрификация — микробиологический процесс окисления аммиака до азотистой кислоты или её самой далее до азотной кислоты, что связано либо с получением энергии (хемосинтез, автотрофная нитрификация), либо с защитой от активных форм кислорода, образующихся при разложении пероксида водорода (гетеротрофная нитрификация).

Эритроци́ты (от греч. ἐρυθρός — красный и κύτος — вместилище, клетка), также известные под названием кра́сные кровяны́е тельца́, — клетки крови позвоночных животных (включая человека) и гемолимфы некоторых беспозвоночных (сипункулид, у которых эритроциты плавают в полости целома, и некоторых двустворчатых моллюсков). Они насыщаются кислородом в лёгких или в жабрах и затем разносят его (кислород) по телу животного.

Нефотохимическое тушение — механизм защиты фотосинтетического аппарата от света высокой интенсивности, используемый растениями и водорослями. Суть процесса заключается в поглощении избыточной энергии (тушении) синглетного возбужденного хлорофилла молекулой-акцептором с последующим переходом этой молекулы в основное энергетическое состояние при помощи усиленной внутренней конверсии. Благодаря внутренней конверсии избыточная энергия возбуждения рассеивается в виде тепла, то есть расходуется на молекулярные.

Ксенобиотики (от греч. ξένος — чуждый и βίος — жизнь) — условная категория для обозначения чужеродных для живых организмов химических веществ, естественно не входящих в биотический круговорот. Как правило, повышение концентрации ксенобиотиков в окружающей среде прямо или косвенно связано с хозяйственной деятельностью человека. К ним в ряде случаев относят: пестициды, некоторые моющие средства (детергенты), радионуклиды, синтетические красители, полиароматические углеводороды и др. Попадая в окружающую.

Ксантофилловый цикл, или виолаксантиновый цикл, в случае высших растений, выполняет функцию защиты фотосинтетического аппарата от избытка энергии при повышенной инсоляции. Он позволяет избежать фотоингибирования значительно увеличив нефотохимическое тушение. Цикл включает в себя ферментативные взаимопревращения между виолаксантином и зеаксантином (промежуточный продукт — антероксантин).

Га́зовые вези́кулы (англ. Gas vesicle) — заполненные газом микрокомпартменты, обеспечивающие повышенную плавучесть клеток у примерно 150 видов планктонных бактерий и архей. Особенно часто газовые вакуоли встречаются у цианобактерий. Мембрана, ограничивающая газовую везикулу, имеет белковую природу, а внутри газовой везикулы находится атмосферный воздух. Газовые везикулы располагаются в цитоплазме поодиночке или образуют сотовидные скопления, которые иногда неправильно называют газовыми вакуолями.

Липи́ды (от др.-греч. λίπος — жир) — обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов. Содержатся во всех живых клетках.

Активные формы кислорода (АФК, реактивные формы кислорода, РФК, англ. Reactive oxygen species, ROS) — включают ионы кислорода, свободные радикалы и перекиси как неорганического, так и органического происхождения. Это, как правило, небольшие молекулы с исключительной реактивностью благодаря наличию неспаренного электрона на внешнем электронном уровне.

Биоаккумуляция (в экологии) — накопление организмом химических веществ, поступающих из окружающей среды в концентрации большей, чем находится в окружающей среде. Часто используется для обозначения накопления именно загрязняющих веществ.

Факультативные анаэробы — организмы, энергетические циклы которых проходят по анаэробному пути, но способные существовать при доступе кислорода, в отличие от облигатных анаэробов, для которых кислород губителен.

Серобактерии (Тиобактерии) — весьма разнородная группа прокариотов, окисляющих восстановленные соединения серы.

Мембранный потенциал, также трансмембранный потенциал или напряжение мембраны, иногда потенциал Нернста — разница в электрическом потенциале (электрический градиент), возникающая между зарядами внутренней и внешней стороны полупроницаемой мембраны (в частном случае мембраны клетки). Что касается внешней поверхности клетки, то типичные значения мембранного потенциала для неё располагаются в диапазоне от -40 мВ до -80 мВ.

Осмос — это прохождение жидкости через полупроницаемую мембрану со стороны, где концентрация раствора ниже, на сторону, где концентрация раствора выше. Осмос — это основа водного обмена в живых существах.

Осмос был открыт в 1748 г. французским священником и физиком Жаном-Антуаном Нолле, который в качестве грубой мембраны использовал для своих демонстраций мочевой пузырь свиньи. Осмос — это разновидность диффузии, процесса, при котором вещества в жидкости или газе естественным образом равномерно распределяются по раствору. При осмосе мембрана останавливает более крупные молекулы, но вода легко проходит сквозь нее. Вода выравнивает концентрацию веществ в растворе — она перетекает из области с низкой концентрацией вещества к области с более высокой концентрацией. Действие осмоса прекращается, когда концентрация по обе стороны мембраны выравнивается, то есть с одной из сторон становится больше влаги.

Биологические мембраны полупроницаемы: например, молекулы белка слишком крупные, чтобы пройти сквозь нее. Мембраны также остановят заряженные ионы. В диффузии участвуют маленькие молекулы, в том числе молекулы кислорода, углекислого газа, азота и окиси азота. Осмос — главный способ транспортировки воды в клетки и из них.

В биологических системах вода с концентрацией растворенных веществ меньше нормы называется гипотонической; больше нормы — гипертонической. Когда клетка попадает в гипотонический раствор, осмос притягивает воду, и клетка разбухает. Это происходит, например, когда клетку помещают в чистую воду. В гипертоническом растворе, таком как соленая вода, молекулы воды покидают клетку, и она сжимается. С помощью осмоса растения забирают воду из почвы. В клетках корней содержатся растворенные вещества, поэтому молекулы воды поступают внутрь, повышая внутреннее давление и делая клетки упругими. Если растение долгое время лишено воды, давление падает, клетки сжимаются, и растение увядает.

Срезанные цветы помещают в гипотоническую воду (свежая чистая вода подойдет), чтобы в ходе осмоса их стебли наполнились влагой. Свежий вид цветов поддерживается дольше — но в конечном итоге мертвые растения подвергнутся естественному процессу разложения. Живое растение увядает, когда ему не хватает воды, и с помощью воды его можно возродить

ТРАНСПИРАЦИЯ

Транспирация — это, по сути, встроенный в растения водяной насос. В ходе этого процесса жидкость проходит через растение от корней до мелких пор на нижней стороне листьев, там она испаряется и попадает в воздух в виде водяного пара. По мере испарения воды в верхней части растения в результате осмоса от корней поднимается дополнительная влага — по системе трубок, состоящих из рядов специальных клеток — ксилем. Транспирация совершается быстрее в теплых и ветреных условиях.

Читайте также: