Toate soluțiile sunt difuzibile. Difuzia este o distribuție uniformă a unei substanțe pe întregul volum al soluției, care curge în toate direcțiile. Forța motrice este aspirația sistemului la maximum de entropie. Puteți crea o condiție în care difuzarea are loc numai într-o singură direcție. Pentru aceasta, soluția și solventul sunt separate printr-o membrană semipermeabilă prin care pot trece numai molecule mici (ioni).
Osmoza este o difuzie unilaterală a unui solvent printr-o membrană semi-permeabilă dintr-un solvent într-o soluție sau dintr-o soluție diluată - într-o concentrație mai concentrată. Forța motrice a osmozelor este dorința de a egaliza concentrația soluției pe ambele părți ale membranei. Procesul se desfășoară în mod spontan și este însoțit de o creștere a entropiei. Limita apariției sale este o stare de echilibru.
Presiunea exercitată de solvent pe membrană se numește presiune osmotică (pOSM). Presiunea osmotică este descrisă de ecuația lui van't Hoff:
(a) pentru neelectroliți: pOSM = Cm· R · T
unde R este constanta gazului universal, egală cu 8,13 j / mol · K,
T - temperatura absolută, K.
CM - concentrația molară a soluției, mol / l
i este coeficientul izotonic (coeficientul Van't Hoff) care caracterizează disocierea electrolitului în ioni
Membranele celulare ale animalelor și ale organismelor vegetale sunt permeabile la apă și la ionii mici. Trecând prin ele, apa creează o presiune osmotică. Presiunea plasmă normală este de 740 - 780 kPa (37 0 C). Presiunea osmotică a plasmei și a altor fluide biologice se datorează în principal prezenței electroliților. Într-o măsură mai mică, presiunea este generată de particule de proteine coloidale care nu trec prin membrană. Presiunea osmotică creată de proteine se numește oncotică. Este de numai 3 - 4 kPa. Homeostazia osmotică datorată lucrului rinichilor, plămânilor, pielii. Misiunea de a transfera o substanță împotriva unui gradient de concentrare se numește osmotică.
Osmoza stă la baza unui număr de procese fiziologice: asimilarea alimentelor, excreția deșeurilor, transportul activ de apă.
În practica medicală se utilizează soluții care sunt izosmotice cu sânge (soluții fiziologice). De exemplu, NaCl (0,9%), glucoză (4,5%). Introducerea de soluții saline în sânge, lichidul cefalorahidian și alte fluide biologice ale unei persoane nu provoacă un conflict osmotic (Figura 8).
Odată cu introducerea soluției hipotonice (pOSM 780 kPa).
Figura 8 - Celulă în soluție (a) izotonică, (b) hipotonică, (c) hipertonică
Utilizarea soluțiilor hipertonice în medicină
(a) pentru tratarea rănilor purulente se utilizează 10% soluție de NaCI;
(b) soluție 25% de MgS044 utilizat ca antihipertensiv;
(c) diferite soluții hipertonice sunt utilizate pentru a trata glaucomul.
O caracteristică importantă a soluțiilor utilizate pentru injectarea intravenoasă este osmolaritatea și osmolalitatea lor. Ele caracterizează conținutul de particule care nu pot difuza prin membrana celulară.
Presiunea osmotică în natură și viața umană
Materialul furnizat recenziei dvs. va furniza informații despre presiunea osmotică (g). Mai jos se va lua în considerare: formularea termenului, caracteristici și proprietăți, metode de măsurare a presiunii, relația cu biologia și relația cu soluții (pp) de diferite tipuri.
Familiaritatea cu presiunea osmotică
Presiunea osmotică este excesul de presiune hidrostatică exercitată asupra soluțiilor. În același timp, soluțiile înseși ar trebui separate printr-un tip de membrană semi-permeabilă din solvenți puri. Procesul de dizolvare a difuziei prin membrană în astfel de condiții nu se produce. Scopul unei astfel de presiuni este dorința de a crea un echilibru echilibrat între concentrațiile oricăror soluții, iar instrumentul este întâlnirea difuziei moleculare între substanța dizolvată și solvent. Presiunea osmotică este notată cu litera "π" (pi).
Despre proprietăți
Presiunea osmotică are fenomenul de tonicitate, care este o măsură a gradului de presiune osmotică. Cu alte cuvinte, acesta este potențialul diferenței de apă într-o pereche de șanțuri p separate de o membrană semipermeabilă. Soluția hipertonică este o substanță care are o presiune osmotică mai mare comparativ cu un alt p-rom. O soluție hipotonică, dimpotrivă, are un indice osmotic inferior.
Dacă o astfel de soluție este plasată într-un spațiu închis, de exemplu, într-o celulă sanguină, atunci vom vedea că presiunea osmotică poate rupe membrana celulară. Medicamentele introduse în sânge sunt mai întâi amestecate cu un p-rom izotonic, ducându-le la dizolvare tocmai din acest motiv. În același timp, soluția de clorură de sodiu trebuie să fie conținută într-o cantitate care să echilibreze efectul osmotic al fluidului celular.
În cazul în care medicamentele de tipul celor administrate au fost făcute pe bază de apă sau soluții foarte diluate, descompunerea osmotică ar sparge celulele sanguine prin forțarea apei să pătrundă în ele. Crearea de soluții care utilizează concentrații prea mari de substanțe va forța apa să părăsească celulele și, în consecință, se vor micsora. Pentru aceasta este suficient de trei până la zece la sută clorură de sodiu în p-re.
Celulele de plante, spre deosebire de animale, vor fi supuse separării de peretele celular, a întregului său conținut, cu excepția peretelui celular exterior, dar împreună cu membrana. Acest fenomen se numește plasmoliză. Deplazmolizomul, la rândul său, este procesul observat când se deplasează celulele restrânse într-o soluție de tip mai diluat.
Relația dintre presiune și soluție
Natura chimică a substanțelor dizolvate în compus nu afectează magnitudinea efectului osmotic. Rata ei depinde de cantitatea acestor substanțe în p-re. Prin urmare, vedem că presiunea osmotică este o proprietate colligtivă a soluției. Presiunea va crește odată cu creșterea concentrației de substanțe active în p-re. Acest lucru este indicat de legea presiunii osmotice. Formula este destul de simplă:
unde coeficientul izotonic este indicat prin litera i, nivelul molar al concentrației p-ra este exprimat prin C (mol / m 3), indicele gazului universal al constantei sale este notat cu litera R, iar T este nivelul termodinamic al temperaturii p-ra.
Formula este similară legii ideale privind gazele. În aer, particulele de gaz ideal într-un mediu de solvent vâscos de tip similar cu proprietățile lor indică și caracteristicile lor comune. Această afirmație confirmă un număr de experimente realizate de J. B. Perrin în 1906. El a observat procesul de distribuție a particulelor de emulsie de rășină gummigovoy în coloana de apă, care, în general, a respectat legea lui Boltzmann.
Există un concept de presiune osmotică oncotică, care depinde de cantitatea de proteine din soluție. Ca rezultat al foametei sau a bolii renale, concentrația de proteine va scădea. Din acest motiv, presiunea oncotică va cădea, iar edemele naturii oncotice vor începe să apară. Va exista un transfer de apă din țesuturi către nave, în acele locuri unde πPMC mai mult. Procesele purulente determină o creștere în πPMC de două până la trei ori. Acest lucru se datorează distrugerii proteinelor, ceea ce duce la o creștere a numărului de particule.
Indicele osmotic stabil ar trebui să fie de aproximativ 7,7 atm. Din acest motiv, soluțiile izotonice conțin de obicei aproximativ πplasmă = 7,7 atm. Soluții în care π depășește πplasmă, folosit pentru a elimina puroiul de la răni sau pentru a elimina edemul de natura alergică. Sunt și medicamente laxative.
Vedere termodinamică a presiunii osmotice
Formula Vant-Hoff utilizată pentru tratamentul osmotic poate fi justificată din punct de vedere termodinamic.
Energia liberă, fiind în soluție, va corespunde cu G = G 0 + RTlnxA + πVC. Partea molară a soluției va fi notată cu xA, VC Este un indicator al volumului molar. Membru VVC echivalent cu introducerea energiei libere a presiunii externe. Solventul pur are G = G0. Dacă indicele de echilibru ∇G al solventului corespunde cu indicele 0, obținem:
Rezultatul rezultat poate fi transformat în formula lui Vant-Hoff.
Despre soluțiile coloidale
Presiunea osmotică a soluției poate apărea dacă sunt prezente două condiții:
- Este necesară o partiție semipermeabilă (membrană).
- Prezența a două p-ryv pe ambele părți ale membranei, cu p-ry ar trebui să fie concentrații diferite.
Membrana celulară poate trece particule de mărimi specifice, de exemplu, să lase și să elibereze o moleculă de apă, dar să aibă efectul opus asupra C2H6O. Astfel, cu ajutorul materialelor speciale, care se caracterizează de asemenea printr-o posibilitate similară de separare, este posibilă separarea diferitelor componente ale amestecului.
Soluțiile osmotice sunt calculate folosind π = cRT. Această formulă a fost obținută de Vant-Hoff în 1885, iar experimentele lui Pfeffer cu porțelan poros au servit drept bază pentru găsirea sa.
Turgor într-o cușcă
Atât osmoza, cât și osmoza sunt componente foarte importante ale multor sisteme biologice. Dacă structura conține un sept semipermeabil (un țesut specific sau un perete celular), atunci rata de osmoză constantă a apei va crea o presiune hidrostatică prea mare și, ca rezultat, se va forma un turgor care va asigura rezistența și rezistența țesuturilor.
Poate că fenomenul de hemoliză, care este o ruptură a membranei celulare, cum ar fi eritrocita ca urmare a umflării sale excesive atunci când este plasată în apă purificată.
plasmoliza
Procesele opuse vor avea loc atunci când celula este plasată în soluții de sare de tip concentrat: apa conținută în celulă va difuza în soluțiile de sare prin membrană. Ca urmare, celula se va micșora, pierzându-și turgorul într-o stare stabilă. Acest fenomen se numește plasmoliză. Cu toate acestea, turgorul poate fi restabilit prin plasarea unei celule plasmolizate în apă protoplasmică. Volumul celulei va fi menținut numai într-un izotonic p-re cu aceeași concentrație (condiție osmotică constantă).
Rezumă
Acest material a permis cititorului să se familiarizeze cu conceptul de tratament osmotic, să formuleze o idee generală despre acesta și să învețe multe lucruri interesante. De exemplu, similaritatea calculului formulei cu formula Van't Hoff, asemănarea cu gazul ideal, rolul în procesele biologice și consecințele pe care acestea le pot provoca, și anume, turgorul, plasmoliza, hemoliza și multe altele.
Osmoză și presiune osmotică
Dacă separați soluția și solventul folosind o membrană semi-permeabilă (membrană), care permite moleculei de solvent să treacă liber și molecula de reținere a solutei, se observă difuzia unilaterală a solventului.
Acest tip de difuzie se datorează faptului că numărul moleculelor de solvent pe unitatea de volum este mai mare decât în același volum de soluție, deoarece într-o soluție o parte din volum este ocupată de moleculele dizolvate. Ca rezultat al mișcării moleculare, mișcarea moleculelor de solvenți prin membrană din solvent în soluție predomină asupra mișcării lor în direcția opusă.
Difuzia unilaterală a solventului la soluție se numește osmoză, iar forța care provoacă osmoză, se referă la unitatea de suprafață a membranei semipermeabile, se numește presiune osmotică.
Ca rezultat al osmozelor și difuziei, nivelurile de concentrație sunt oprite, iar modurile în care se realizează această nivelare sunt fundamental diferite. În procesul de difuzie, egalitatea de concentrații se realizează prin mutarea moleculelor dizolvate, iar în cazul osmozelor, prin deplasarea moleculelor de solvenți.
Mecanismul de osmoză nu poate fi explicat numai prin faptul că membranele semipermeabile joacă rolul unei sită cu celule prin care moleculele de solvent trec liber, dar nu trec moleculele dizolvate.
Aparent, mecanismul de osmoză este mult mai complicat. Aici structura și compoziția membranei joacă un rol important.
În funcție de natura membranei, mecanismul de osmoză va fi diferit. În unele cazuri, numai membranele care se dizolvă în ea trec liber prin membrană, în alte cazuri, membrana interacționează cu solventul, formând compuși fragili intermediari care se dezintegrează ușor și, în final, poate reprezenta un sept poros cu anumite dimensiuni ale porilor.
Pentru măsurarea presiunii osmotice într-un vas cu pereți semipermeabili, soluția de testare este turnată și închisă bine cu un dop, în care este introdus un tub, conectat la un manometru. Un astfel de instrument pentru măsurarea presiunii osmotice este numit un osmometru.
Osmometrul cu soluția este scufundat într-un vas cu un solvent. La începutul procesului, solventul din vasul exterior difuzează în osmometru cu o viteză mai mare decât de la el, deci nivelul lichidului din tubul osmometru crește, ceea ce creează în el o presiune hidrostatică, care crește treptat. Pe măsură ce crește presiunea hidrostatică, rata de difuzie a solventului în osmometru și din osmometru este egalizată, rezultând o stare de echilibru dinamic, înălțarea lichidului din tubul osmometru se oprește.
Presiunea hidrostatică stabilită prin osmoză servește ca măsură a presiunii osmotice.
Măsurarea presiunii osmotice cu un osmometru nu este întotdeauna posibilă cu o precizie suficientă, deoarece nu există membrane capabile să rețină toate particulele substanței dizolvate. Valoarea măsurată a presiunii osmotice pentru aceeași soluție va depinde, prin urmare, într-o oarecare măsură de natura membranei.
Presiunea osmotică apare numai la limita dintre soluție și solvent (sau o soluție cu o concentrație diferită), dacă această limită este formată dintr-un sept semipermeabil. Soluția conținută într-un vas obișnuit nu exercită o presiune asupra pereților săi în afară de presiunea hidrostatică obișnuită. Prin urmare, presiunea osmotică nu ar trebui privită ca o proprietate a unui dizolvat, solvent sau a soluției însăși, ci ca o proprietate a unui sistem de solvent și soluție cu o barieră semipermeabilă între ele.
Legile lui Raoul sunt denumirile comune ale legilor cantitative descoperite de chimistul francez F.M. Raul în 1887, care descriu o parte din proprietățile soluțiilor colligative (în funcție de concentrație, dar nu de natura substanței dizolvate).
Prima lege a lui Raul [edit]
Prima lege a lui Raul conectează presiunea aburului saturat deasupra unei soluții cu compoziția sa; Acesta este formulat după cum urmează:
· Presiunea parțială a vaporilor saturați ai componentei soluției este direct proporțională cu fracția molară din soluție, iar coeficientul de proporționalitate este egal cu presiunea vaporilor saturați asupra componentei pure.
Pentru o soluție binară compusă din componentele A și B (componenta A, îl considerăm un solvent) este mai convenabil să folosim o formulă diferită:
· Scăderea relativă a presiunii parțiale a vaporilor de solvent deasupra soluției nu depinde de natura substanței dizolvate și este egală cu fracția molară a acesteia în soluție.
La suprafață, există mai puține molecule de solvent care se pot evapora, deoarece substanța dizolvată ocupă o parte din spațiu.
Soluțiile pentru care legea lui Raul este îndeplinită se numește ideal. Ideale pentru orice concentrație sunt soluțiile ale căror componente sunt foarte asemănătoare în proprietățile fizice și chimice (izomeri optici, omologi etc.) și a căror formare nu este însoțită de o modificare a volumului și de eliberarea sau absorbția căldurii. În acest caz, forțele interacțiunii intermoleculare dintre particule omogene și eterogene sunt aproximativ aceleași, iar formarea unei soluții se datorează numai factorului de entropie.
Abateri de la legea lui Raoul [edit]
Soluțiile, ale căror componente diferă semnificativ în ceea ce privește proprietățile fizice și chimice, respectă legea Raul numai în domeniul concentrațiilor foarte mici; la concentrații mari, se observă abateri de la legea lui Raul. Cazul în care presiunile parțiale adevărate ale vaporilor peste amestec sunt mai mari decât cele calculate de legea Raul sunt numite deviații pozitive. Cazul opus este atunci când presiunea parțială a vaporilor componentelor este mai mică decât cea calculată - deviațiile negative.
Motivul abaterilor de la legea lui Raul este faptul că particulele omogene interacționează între ele în mod diferit decât eterogen (mai puternic în cazul celor pozitive și mai slabe în cazul unor deviații negative).
Soluțiile reale cu deviații pozitive de la legea lui Raul se formează din componente pure cu absorbție de căldură (ΔΝsol > 0); volumul soluției este mai mare decât suma volumelor inițiale ale componentelor (ΔV> 0). Soluții cu deviații negative de la Legea lui Raul se formează odată cu eliberarea căldurii (ΔΝsol -1 · kg, respectiv. Deoarece soluția molară unică nu este diluată infinit, a doua lege Raul pentru aceasta nu este în general satisfăcută pentru aceasta și valorile acestor constante sunt obținute prin extrapolarea dependenței din regiunea concentrațiilor mici la m = 1 mol / kg.
Pentru soluțiile apoase în ecuațiile celei de-a doua lege a lui Raul, concentrația molară este uneori înlocuită cu molar. În cazul general, o astfel de înlocuire este ilegală, iar pentru soluțiile a căror densitate diferă de 1 g / cm ³, poate duce la erori semnificative.
A doua lege a lui Raul face posibilă determinarea experimentală a masei moleculare a compușilor incapabili de disociere într-un anumit solvent; poate fi de asemenea utilizat pentru a determina gradul de disociere a electroliților.
Soluții pentru electroliți [editați]
Legile lui Raul nu sunt îndeplinite pentru soluții (chiar infinit diluate), care conduc soluții de electricitate - electroliți. Pentru a ține cont de aceste deviații, Vant-Hoffs a introdus o corecție a ecuațiilor de mai sus, coeficientul izotonic i, care implicit ia în considerare disocierea moleculelor substanței dizolvate:
Neaplicarea soluțiilor electrolitice la legile lui Raoul și la principiul Vant-Hoff au servit drept punct de plecare pentru S. Arrhenius pentru a crea o teorie a disocierii electrolitice.
Elasticitatea Saturatie - elasticitatea vaporilor de apa, temperatura maxima posibila. Este mai mare, cu atât temperatura aerului este mai mare. Ca urmare, începe condensarea vaporilor de apă.
Condiția ebullioscopică este diferența dintre punctul de fierbere al unei soluții și temperatura unui solvent pur.
Constanta crioscopică este diferența dintre punctul de îngheț al soluției și temperatura solventului pur.
74. Fenomenul osmozelor, rolul lor în sistemele biologice. Presiunea osmotică. Legea Vant-Hoff.
Soluții izotonice, hipo și hipertonice.
Fenomenul de osmoză este observat în acele medii în care mobilitatea solventului este mai mare decât mobilitatea substanțelor dizolvate. Un caz particular important de osmoză este osmoza printr-o membrană semipermeabilă. Membranele semipermeabile sunt numite membrane care au o permeabilitate suficient de mare nu pentru toți, ci numai pentru anumite substanțe, în special pentru un solvent. (Mobilitatea substanțelor dizolvate în membrană tinde la zero). De regulă, acest lucru se datorează mărimii și mobilității moleculelor, de exemplu, o moleculă de apă este mai mică decât majoritatea moleculelor de substanțe dizolvate. Dacă o astfel de membrană separă soluția și solventul pur, concentrația solventului în soluție se dovedește a fi mai mică, deoarece o parte din moleculele sale este înlocuită cu molecule dizolvate (vezi figura 1). Ca urmare, tranzițiile particulelor de solvent din compartimentul conținând solventul pur la soluție vor avea loc mai des decât în direcția opusă. În consecință, volumul soluției va crește (și concentrația substanței va scădea), în timp ce volumul solventului va scădea în mod corespunzător.
Semnificația osmozilor [edit]
Osmoza joacă un rol important în multe procese biologice. Membrana care înconjoară celula normală din sânge este permeabilă numai pentru moleculele de apă, oxigenul, unele dintre substanțele nutritive dizolvate în sânge și produsele activității celulare; pentru moleculele de proteine mari care sunt dizolvate în interiorul celulei, este impenetrabilă. Prin urmare, proteinele care sunt atât de importante pentru procesele biologice rămân în interiorul celulei.
Osmoza este implicată în transferul nutrienților în trunchiurile de arbori înalți, unde transferul capilar nu este capabil să efectueze această funcție.
Osmoza este utilizată pe scară largă în tehnologia de laborator: în determinarea caracteristicilor molare ale polimerilor, concentrația soluțiilor, studiul diverselor structuri biologice. Fenomenele osmotice sunt uneori utilizate în industrie, de exemplu, în prepararea anumitor materiale polimerice, purificarea apei extrem de mineralizate prin metoda osmoză inversă a lichidelor.
Celulele de plante utilizează, de asemenea, osmoză pentru a mări volumul vacuolului, astfel încât să se extindă pereții celulari (presiunea turgorului). Celulele de plante fac acest lucru prin depozitarea zaharozei. Prin creșterea sau scăderea concentrației de zaharoză în citoplasmă, celulele pot regla osmoza. Acest lucru crește elasticitatea plantei în ansamblu. Multe mișcări ale plantelor sunt asociate cu schimbări în presiunea turgorului (de exemplu, mișcările de musturi de mazăre și alte plante de alpinism). Protocoarele de apă dulce au, de asemenea, un vacuol, dar sarcina celor mai simple vacuole este doar de a pompa excesul de apă din citoplasmă pentru a menține o concentrație constantă de substanțe dizolvate în ea.
Osmoza joacă, de asemenea, un rol important în ecologia corpurilor de apă. Dacă concentrația de sare și alte substanțe din apă crește sau cade, locuitorii acestor ape vor muri din cauza efectelor adverse ale osmozelor.
Presiunea osmotică (numită π) - presiunea hidrostatică excesivă asupra soluției, separată de solventul pur printr-o membrană semipermeabilă, la care se oprește difuzia solventului prin membrană. Această presiune are tendința de a egaliza concentrațiile ambelor soluții datorită difuziei contra solvenților și moleculelor de solvent.
LEGEA VANT-GOFFA descrie dependența PRESIUNII OSMOTICE a soluțiilor diluate la temperatura și concentrația molară a soluției:
Van't Hoff a ajuns la concluzia că legea lui Avogadro este valabilă și pentru soluții diluate. El a stabilit experimental că presiunea osmotică, care este o măsură a dorinței a două soluții diferite pe ambele părți ale membranei de a egaliza concentrația, în soluții slabe depinde nu numai de concentrație, ci și de temperatură și, prin urmare, se supune legilor termodinamicii gazelor. Van't Hoff a exprimat presiunea osmotică cu formula PV = iRT, unde P înseamnă presiunea osmotică a unei substanțe dizolvate într-un lichid; V este volumul; R este constanta gazului; T - temperatura și coeficientul i, care este adesea egal cu 1 pentru gaze și pentru soluțiile care conțin săruri - mai mult de unul. Van't Hoff a putut explica de ce se schimbă valoarea lui i prin asocierea acestui coeficient cu numărul de ioni din soluție. Studiile privind soluțiile diluate efectuate de Van't Hoff au fost rațiunea pentru teoria lui S. Arrhenius de disociere electrolitică. Ulterior, Arrhenius a sosit la Amsterdam și a lucrat cu Vant-Hoff.
Soluție izotonică (soluție izosmotică) - o soluție a cărei presiune osmotică este egală cu presiunea osmotică a plasmei sanguine; de exemplu, soluție apoasă 0,9% de clorură de sodiu, soluție apoasă 5% de glucoză. Toate aceste soluții sunt utilizate în tratamentul diferitelor boli pentru a ușura intoxicația și alte manifestări ale bolii. Rasvtorul isotonic, spre deosebire de hipertonic și hipertonic (care nu se utilizează pentru administrare intravenoasă), nu conduce la hemoliza celulelor roșii din sânge atunci când este administrată intravenos.
Soluțiile hipotonice diferă de concentrația scăzută izotonică și, în consecință, de presiunea osmotică mai scăzută. La contactul cu țesuturile, apa din soluțiile hipotonice intră în celulele țesutului. Ca urmare, acestea se umflă, iar dacă apa se acumulează excesiv în acestea, ruptura membranelor celulare, adică liza celulară.
Utilizarea în practică a soluțiilor hipotonice de clorură de sodiu este foarte limitată. În unele cazuri, ele sunt utilizate pentru a prepara soluții de substanțe utilizate pentru anestezia prin infiltrare. Efectul anestezicilor în soluțiile hipotonice este sporit, deoarece acestea contribuie la o penetrare mai profundă a substanțelor în țesuturi.
Soluții hipertonice, soluții a căror presiune osmotică este mai mare decât presiunea osmotică în celulele și țesuturile vegetale sau animale. În funcție de specificitatea funcțională, specie și ecologică a celulelor, presiunea osmotică în ele este diferită, iar soluția, hipertonică pentru unele celule, poate fi izotonică sau chiar hipotonică pentru ceilalți. suge apa din celule, care scade în volum, iar apoi se oprește comprimarea și protoplasmul se află în spatele pereților celulelor (vezi Plasmoliza). Celulele roșii din sângele oamenilor și animalelor în G. p. pierde și apă și scade volumul. G. r. în combinație cu soluții hipotonice și soluții izotonice sunt utilizate pentru măsurarea presiunii osmotice în celulele și țesuturile vii.
Osmoza, presiunea osmotică și rolul său biologic (p. 1 din 2)
2. Presiunea osmotică
3. Osmometru - un dispozitiv pentru măsurarea presiunii osmotice
4. Rolul biologic al osmozei și presiunii osmotice
5. Centrala de putere osmotică
Osmoza inversă
Osmoza (presiunea, presiunea, presiunea osmotică a limbii grecești) - tranziția spontană a unei substanțe, de obicei un solvent, printr-o membrană semipermeabilă care separă soluția de un solvent pur sau dintr-o soluție cu concentrație mai scăzută.
Osmoza a fost prima dată observată de Jean-Antois Nollet în 1748, dar studiul acestui fenomen a început un secol mai târziu.
Osmoza este cauzată de tendința sistemului de echilibru termodinamic și de alinierea concentrațiilor soluțiilor pe ambele părți ale membranei prin difuzia unilaterală a moleculelor de solvent.
Un caz particular important de osmoză este osmoza printr-o membrană semipermeabilă. Membranele semipermeabile sunt numite membrane care au o permeabilitate suficient de mare nu pentru toți, ci numai pentru anumite substanțe, în special pentru un solvent. (Mobilitatea substanțelor dizolvate în membrană tinde la zero). Dacă o astfel de membrană separă soluția și solventul pur, concentrația solventului în soluție este mai mică, deoarece o parte din moleculele sale este înlocuită cu molecule dizolvate (vezi figura 1). Ca urmare, tranzițiile particulelor de solvent din compartimentul conținând solventul pur la soluție vor avea loc mai des decât în direcția opusă. În consecință, volumul soluției va crește (și concentrația va scădea), în timp ce volumul solventului va scădea în mod corespunzător.
De exemplu, o membrană semi-permeabilă este atașată la coaja de ouă în interior: trece molecule de apă și reține molecule de zahăr. Dacă o astfel de membrană separă soluțiile de zahăr cu o concentrație de 5 și respectiv 10%, atunci numai moleculele de apă vor trece prin ea în ambele direcții. Ca urmare, într-o soluție mai diluată, concentrația zahărului va crește, iar într-o soluție mai concentrată, dimpotrivă, va scădea. Atunci când concentrația zahărului în ambele soluții devine aceeași, va veni echilibrul. Soluțiile care au ajuns la echilibru se numesc izotonice.
Osmoza, îndreptată într-un volum limitat de lichid, se numește endosmos, exosmos. Transferul solventului prin membrană se datorează presiunii osmotice. Ea este egală cu presiunea externă excesivă care trebuie aplicată din soluție pentru a opri procesul, adică a crea condiții pentru echilibrul osmotic. Excesul de suprapresiune asupra osmoticului poate conduce la difuzia inversă a solventului.
În cazurile în care membrana este permeabilă nu numai pentru solvent, ci și pentru unele substanțe dizolvate, transferul acestuia din urmă din soluție în solvent permite dializa, care este utilizată ca metodă pentru purificarea polimerilor și a sistemelor coloidale de impurități cu greutate moleculară mică, cum ar fi electroliții.
Capitolul 2. Presiunea osmotică
Presiunea osmotică (denotată p) - presiunea hidrostatică excesivă asupra soluției, separată de solventul pur printr-o membrană semipermeabilă, la care se oprește difuzia solventului prin membrană. Această presiune are tendința de a egaliza concentrațiile ambelor soluții datorită difuziei contra solvenților și moleculelor de solvent.
O soluție care are o presiune osmotică mai mare comparativ cu o altă soluție este numită hipertonică și are o presiune hipotonică mai scăzută.
Presiunea osmotică poate fi foarte semnificativă. Într-un copac, de exemplu, sub acțiunea presiunii osmotice, sapa de plante (apa cu substanțe minerale dizolvate în ea) se ridică de-a lungul xylemului de la rădăcini la vârf. Fenomenele capilare nu sunt capabile să creeze suficientă forță de ridicare - de exemplu, lemn de culoare roșie trebuie să livreze soluția la o înălțime de până la 100 de metri. În același timp, în arbore, mișcarea soluției concentrate, care este sucul de legume, nu este limitată de nimic.
Interacțiunea globulelor roșii cu soluții, în funcție de presiunea osmotică a acestora.
Dacă o astfel de soluție se află într-un spațiu închis, de exemplu, într-o celulă sanguină, atunci presiunea osmotică poate duce la ruperea membranei celulare. Din acest motiv, medicamentele destinate injectării în sânge sunt dizolvate într-o soluție izotonică care conține cantitatea de clorură de sodiu (clorură de sodiu) necesară pentru a echilibra presiunea osmotică creată de fluidul celular. Dacă medicamentele injectate au fost făcute pe apă sau într-o soluție foarte diluată (hipotonică față de citoplasmă), presiunea osmotică, forțând apa să pătrundă în celulele sanguine, ar duce la ruperea lor. Dar dacă se injectează prea multă soluție de clorură de sodiu în sânge (3-5-10%, soluții hipertonice), apa din celule va ieși și se vor micșora. În cazul celulelor din plante, se produce detașarea de protoplast din peretele celular, numită plasmoliză. Procesul invers, care are loc atunci când celulele restrânse sunt plasate într-o soluție mai diluată, este deplasmoliza, respectiv.
Mărimea presiunii osmotice create de soluție depinde de cantitatea și nu de natura chimică a substanțelor dizolvate în ea (sau ioni, dacă moleculele disociază), prin urmare, presiunea osmotică este o proprietate colectivă a soluției. Cu cât concentrația unei substanțe într-o soluție este mai mare, cu atât este mai mare presiunea osmotică creată de aceasta. Această regulă, numită legea presiunii osmotice, este exprimată printr-o formulă simplă, foarte asemănătoare cu o anumită lege a unui gaz ideal:
unde i este raportul izotonic al soluției; C este concentrația molară a soluției, exprimată în termeni de combinație a unităților SI de bază, adică în mol / m3 și nu în cantitatea obișnuită mol / l; R este constanta gazului universal; T este temperatura termodinamică a soluției.
De asemenea, se arată asemănarea proprietăților particulelor unei substanțe dizolvate într-un mediu vâscos de solvent cu particule de gaz ideal în aer. Validitatea acestui punct de vedere este confirmată de experimentele lui J. B. Perrin (1906): distribuția particulelor de emulsie de rășină gummigut în coloana de apă a respectat în general legea lui Boltzmann.
Presiunea osmotică, care depinde de conținutul de proteine dintr-o soluție, se numește oncotică (0,03-0,04 atm). Cu postul prelungit, boala renală, concentrația de proteine din sânge scade, presiunea oncotică din sânge scade și se produc edeme oncotice: apa trece de la vase la țesuturile unde rONK este mai mare. Când procesele purulente de rONK în centrul de inflamație cresc de 2-3 ori, numărul de particule crește datorită distrugerii proteinelor. În organism, presiunea osmotică ar trebui să fie constantă (7,7 atm). Prin urmare, soluțiile izotonice sunt administrate pacienților (soluții ale căror presiune osmotică este egală cu 7,7 atm. Din plasmă - 0,9% NaCI - soluție salină, 5% soluție de glucoză). Soluțiile hipertonice, în care p este mai mare decât presiunea osmotică a plasmei, sunt utilizate în medicină pentru a curăța răni de puroi (10% NaCl), pentru a elimina edemul alergic (10% CaCl2, 20% glucoză), ca medicamente laxative (Na2SO4.10H2O, MgS04.7H20).
Legea presiunii osmotice poate fi utilizată pentru a calcula greutatea moleculară a unei substanțe date (cu date suplimentare cunoscute).
Presiunea osmotică este măsurată cu un dispozitiv special.
Capitolul 3. Osmometru - un dispozitiv pentru măsurarea presiunii osmotice
Osmometru - (osmo- + greacă. Metru) este un dispozitiv pentru măsurarea presiunii osmotice sau a concentrației substanțelor active osmotic; utilizate în studiile biofizice și biochimice.
Schema schematică a osmometrului: camera A - soluție; B - camera pentru solvent; M - membrana. Nivelele de fluid din tuburile cu echilibru osmotic: a și b - în condiții de presiuni exterioare egale în camerele A și B, atunci când rA = rB, în timp ce H este coloana lichidă care echilibrează presiunea osmotică; b - în condiții de inegalitate a presiunilor externe, atunci când rA - rB = p.
Vapori de presiune de vapori
Acest tip de instrument diferă prin faptul că pentru măsurare este necesar un volum minim de probă (unități de microlitri), ceea ce are o importanță deosebită când un volum mai mare nu poate fi preluat din obiectul de testare. Cu toate acestea, datorită micului volum al eșantionului, osmometrele de presiune de vapori au o eroare mai mare decât altele. În plus, rezultatul măsurătorilor depinde de schimbarea presiunii atmosferice. Utilizarea principală a acestor dispozitive se găsește în cercetarea științifică și în practica pediatrică pentru examinarea sângelui nou-născuților luați din deget sau călcâi. Intervalul de concentrații măsurate este limitat la 2000 mmol / kg H2O. În spitalele rusești, acestea nu au găsit o aplicație largă. În Uniunea Europeană, osmometrele de presiune în abur sunt fabricate de Dr. Knauer, Gonotec (Germania), în SUA de către Wescor.
Membrane osmometre
Pe proprietatea osmozelor se construiesc osmometre, numite membrane. Atât membranele artificiale (de exemplu, celofanul), cât și cele naturale (de exemplu pielea de broască) pot fi folosite în construcția lor.
Dispozitivele de acest tip sunt utilizate pentru a măsura presiunea osmotică coloidală a sângelui (CODE), care este creată de componenta cu greutate moleculară mare (mai mare de 30.000 D) din concentrația totală a particulelor osmotice active conținute în plasma sanguină. Această presiune este numită și oncotică și este în primul rând creată de proteine. COD este mai mic de 3 mmol / kg H2O și, prin urmare, are un efect redus asupra presiunii osmotice totale, dar este esențial pentru procesele de schimb transcapilar. Această componentă a presiunii totale are o valoare importantă de diagnosticare. Membrane osmometers sunt fabricate de Dr. Knauer, Gonotec, Germania (Osmomat 050), în Statele Unite - Wescor. Interesant este faptul că firma Dr. Knauer oferă întreaga linie de osmometru, suprapunând astfel întreaga gamă de particule de masă moleculară, inclusiv milioane.
Manualul medicului 21
Chimie și tehnologie chimică
Presiunea osmotică a celulelor vii
Fenomenul de osmoză este larg răspândit în natură, deoarece pereții celulelor organismelor vii sunt semipermeabili, permițându-i să intre în și din alte substanțe, ceea ce determină metabolismul. Astfel, pereții celulelor roșii din sânge (celulele roșii din sânge) sunt impermeabili la clorura de sodiu, dar permeabili la apă. Dacă celulele roșii sunt introduse într-o soluție de clorură de sodiu, presiunea osmotică a cărei presiune osmotică este mai mare decât presiunea osmotică din interiorul celulelor (așa-numita soluție hipertonică), atunci apa se difuzează din celule și contractul de celule. Într-o soluție a cărei presiune osmotică este mai mică decât soluția internă (hipotonică), osmoza are loc în direcția opusă, iar celulele se umflă. Soluțiile care au aceeași presiune osmotică (față de această membrană față de alta, pot fi non-p.252)
Explicație. Osmoza este de mare importanță în procesele de viață ale animalelor și plantelor. Este cunoscut faptul că provoacă apariția apei de-a lungul tulpinii plantelor, creșterea celulelor și multe alte fenomene. Presiunea osmotică apare în celule, le creează cu un fel de elasticitate și elasticitate și contribuie, de asemenea, la conservarea unei anumite forme de organele plantelor etc. Fiecare celulă vie are o cochilie sau un strat de suprafață de protoplasm, care au proprietatea semipermeabilității. Deoarece sapa celulară este o soluție a uneia sau a altei concentrații, se poate dovedi că atunci când celulele sunt scufundate într-o soluție externă, [p.53]
Într-o celulă microbiană vie, o concentrație mai mare de săruri este observată întotdeauna decât în mediul înconjurător, prin urmare microbii pot exista în soluții apoase slabe. Pe baza legilor osmotice, apa și nutrienții dizolvați în ea intră în celulă. Presiunea osmotică internă creează o stare stresantă a celulei, numită tur-munte. Dacă celula microbiană intră într-o soluție concentrată, a cărei presiune osmotică este mai mare decât în celulă, atunci apa o lasă, protoplasmul se contractă și se întinde în spatele cochiliei superioare. Acest fenomen se numește plasmoliză. O astfel de celulă este ușor de revenit la o stare normală de turgor, dacă o transferați într-o soluție cu o concentrație mai slabă de sare. [C.251]
Cu o cantitate precisă și stabilă de electroliți, se menține o presiune egală osmotică între celulă și fluidul din jur și, astfel, aceeași cantitate de apă în țesuturi. Se ajunge la același echilibru între sânge și fluidul extracelular care înconjoară capilarele sanguine. Atâta timp cât este menținut echilibrul de presiune osmotică a diferitelor lichide, conținutul de apă al țesuturilor vii va rămâne neschimbat. Această stres fluid (turgor sau ton) asigură pielea cu elasticitatea sau elasticitatea fibrelor țesutului conjunctiv. [C.197]
Osmoza este de mare importanță în procesele de viață ale animalelor și plantelor. Aceasta provoacă creșterea apei de-a lungul tulpinii plantei, creșterea celulelor și multe alte fenomene. Presiunea osmotică în celule determină elasticitatea și elasticitatea lor, contribuind, de asemenea, la conservarea unei anumite forme de tulpini și frunze de plante. Fiecare celulă vii are fie o cochilie, fie un strat de suprafață de protoplasm, care are proprietatea semipermeabilității. Dacă o celulă este plasată într-o soluție a cărei concentrație este egală cu concentrația sapelui celular, starea celulei nu se va schimba, deoarece presiunea osmotică în celulă și în soluție este aceeași. [C.123]
Osmoza și presiunea osmotică joacă un rol imens în procesele de viață ale organismelor. De exemplu, este asociat cu distribuția apei în organism. Fiecare celulă vie este un sistem osmotic microscopic. [C.82]
Compoziția lichidului extracelular este aproape de compoziția apei de mare din epoca pre-Cambriană, când au apărut animale cu un sistem circulator închis. De atunci, salinitatea mării a continuat să crească, în timp ce compoziția lichidului extracelular a rămas constantă. Ka ionul este principalul cation în fluidul extracelular, iar anionii sunt dominate de SG și HCN. Cationul și anionul NRA domină în interiorul celulelor. și altele) și proteine acide care poartă o sarcină negativă la valori fiziologice ale pH-ului. Dacă celulele organice din afara celulei compensează o ușoară lipsă a unei încărcări negative, atunci în interiorul celulei ar trebui să compenseze aproximativ 25% din încărcăturile pozitive create de cationi anorganici. Deoarece membranele celulare sunt ușor permeabile la apă, ele se pot rupe cu diferențe minore în presiunea fluidului în interiorul și în exteriorul membranei celulare. Prin urmare, presiunea osmotică din interiorul celulei trebuie să fie egală cu cea din lichidul extracelular, adică celula viu respectă legea izosomolarității. Conținutul crescut de cationi în raport cu concentrația de anioni în fluidele extracelulare în comparație cu mediul intracelular conduce la faptul că suprafața exterioară a membranelor celulare este încărcată pozitiv față de suprafața sa interioară și acest lucru are o mare semnificație biologică (vezi Capitolul 15). În lichidele biologice, concentrația particulelor osmotice active (indiferent de sarcina, mărimea și masa lor) este exprimată în unități de osmolalitate - milliosmolemole per 1 kg de apă. Deoarece principalele cationi și anioni ai fluidelor intracelulare se încarcă în mod multiplu, atunci (cu aceeași osmolalitate) concentrația de electroliți, exprimată în miliechivalenți pe litru, va fi semnificativ mai mare în interiorul celulei decât în fluidele extracelulare care conțin în principal ioni încărcați singular. [C.180]
Pentru viața microorganismelor este necesară prezența mineralelor în mediul nutritiv. Cu ajutorul lor, presiunea osmotică din interiorul celulei este reglată, ele determină viteza și direcția reacțiilor biochimice și proprietățile coloidale ale protoplasmului viu. Dintre elementele minerale, fosforul joacă un rol important în alimentația microbilor, ceea ce este necesar pentru sinteza compușilor cu conținut ridicat de fosfor cu proteine. Cele mai bune surse de fosfor sunt diferite săruri de fosfat de potasiu, sodiu, amoniu. [C.514]
De obicei, biologi, vorbind despre compușii de sodiu, potasiu, magneziu și calciu, înseamnă în primul rând clorurile, fosfații, sulfații și carbonații lor. Toți au legături destul de puternic ionizate. Combinând cu cationii hidrogen, formează săruri acide și acizi. Sărurile sunt de o mare importanță nu numai ca componente ale mediului de viață, ci și ca participanți activi în procesele din celulele vii. Ioniții de sodiu, datorită dimensiunilor mici, joacă un rol important în menținerea regimului de apă al organismului, iar creșterea concentrației de Ma + contribuie la retenția apei. Sărurile de sodiu, împreună cu sărurile altor metale, determină presiunea osmotică în celule și afectează funcționarea sistemelor enzimatice. Ioniții de sodiu împreună cu ionii de potasiu servesc la transmiterea unui impuls nervos prin membranele celulelor nervoase (vezi 38). Ritmul normal al inimii și al creierului depinde de menținerea strictă a raportului dintre concentrațiile de potasiu și ioni de sodiu. Ionii de potasiu la animale mai puțin, iar creșterea concentrației de K + are un efect dăunător. În plante, potasiul promovează fotosinteza și stimulează procesele asociate cu germinarea semințelor. De aceea, îngrășămintele de potasiu sunt atât de importante. Rolul magneziului nu este limitat la participarea la structura clorofilei. La animale și la oameni, reduce spasmele vasculare și reglează funcționarea inimii. În sistemul periodic, M este intermediar între beriliu și metale alcalino-pământoase. Proprietățile sale sunt unice, cu o încărcătură ridicată și o rază mică, în același timp se formează în majoritatea compușilor nu ionici, ci cocs [c.180]
Un astfel de fenomen apare în țesuturile vii și în țesuturile animale. Aici se creează o diferență în presiunile osmotice în celulă și în spațiul intercelular. Această diferență joacă un rol decisiv în metabolismul intravital. În țesuturile moarte nu există nici un metabolism, prin urmare, pot exista diferite concentrații ale unei soluții apoase de substanțe anorganice și organice în celulă și în spațiul intercelular, adică diferite temperaturi de congelare. [C.113]
Fenomenele osmotice observate în organisme se datorează acelorași motive ca în modelele osmotice pe care le-am luat în considerare. Presiunea osmotică din celule respectă toate legile de bază privind gazele. Cu toate acestea, însăși structura formațiunilor vii și procesele activității vitale care apar în mod continuu în organismele vii fac corecții semnificative la fenomenele de osmoză. [C.131]
Presiunea osmotică din celule respectă legile privind gazele. Trebuie avut în vedere faptul că osmoza este influențată în mod semnificativ de structura formațiunilor vii și de procesele vitale din organisme. Organismul trebuie să primească în mod constant elemente nutritive. Dacă membrana celulară este o membrană ideală care transmite numai moleculele extinderilor gelului, dar împiedică penetrarea moleculelor de substanță dizolvată, procesele de nutriție ar fi imposibile, ceea ce ar duce în mod natural la moartea organismului. [C.97]
Valoarea absolută a presiunii osmotice în celulele plantelor vii este destul de ridicată și de cele mai multe ori variază de la 506 la 1010 kPa în plantele terestre și de la 101 până la 304 kPa în instalațiile de apă. În fructele pomilor fructiferi, strugurilor, rădăcinilor de sfeclă de zahăr, presiunea osmotică este cuprinsă în intervalul 2026-4052 kPa, în plante care cresc pe soluri solide, poate ajunge la 6078-10 130 kPa. Este importantă magnitudinea puterii de aspirație în diferite organe și țesuturi. valoare pentru primirea și circulația apei în plante,, [c.115]
Celulele roșii din sânge sunt celule vii, a căror suprafață de legare are proprietăți ale partițiilor semi-permeabile. Această suprafață diferă de restul celulei în bogăția lipidelor și este foarte sensibilă la tot felul de influențe. Deci, solvenții alcalini și grăsimi o distrug. Când se umflă, datorită unei scăderi a presiunii osmotice în mediul extern, adică în plasmă [p.192]
Sinteze enzimatice de amidon de clasă polizaharidică. Glucoza este un material nepotrivit pentru formarea rezervelor de carbohidrați în celulele vii, deoarece este ușor solubil în apă și soluțiile sale au o presiune osmotică ridicată. Prin urmare, necesitatea depunerii de glucoză într-o formă polimerică în ficat sau mușchi. În prezent, mecanismul acestui proces fiziologic important a fost în mare măsură clarificat. [C.320]
Pentru o planta, presiunea osmotica joaca un rol imens. Susține stabilitatea țesuturilor, creând un turgor în celule, adică umflarea. Atunci când protoplasmul celulelor moare, cei din urmă își pierd proprietățile semipermeabile și trec în ambele direcții în mod liber nu numai apă, dar și soluția turgor se oprește și planta își pierde elasticitatea (se estompează). Histologii sunt conștienți de faptul că numai după ce o celulă este ucisă (fixă), este posibil să se vopsească conținutul prin imersarea acesteia într-o soluție de vopsele. O celulă vie, absorbind apă, reține majoritatea vopselelor dizolvate în ea. Aceeași presiune osmotică determină mișcarea fluidelor prin vasele plantei de la rădăcini etc. [p.237]
Rata absorbției de apă de către celulele vii în timpul schimbărilor osmotice nu este aceeași pentru diferite tipuri de celule, dar în general este extrem de ridicată. Procesul durează adesea doar câteva minute până la finalizare. Presiunea osmotică a mediului poate fi controlată prin adăugarea de electroliți sau diluții, iar reacția osmotică a celulei este în concordanță cu ecuația (10). Aceasta arată că rata de penetrare a apei prin membranele celulare depășește în mod semnificativ rata de penetrare a electroliților. [C.372]
Tensiunea osmotică joacă un rol important în procesele de viață ale animalelor și plantelor. Procesele de asimilare a alimentelor, metabolismul etc. sunt strâns legate de permeabilitatea diferită a țesuturilor la apă și la cele sau alte substanțe dizolvate. Celulele tipice sunt formate din saci protoplasmici umpluți cu soluții apoase de substanțe diferite (sapă de celule), a căror presiune osmotică la limita cu apă se situează de obicei în intervalul 4-20 atm. Dacă aceste celule sunt scufundate în apă sau într-o soluție cu o concentrație mai mică decât conținutul lor, atunci apa intră în celule, creând presiune hidrostatică în ele, numită turgor. Această presiune creează citirea și rezistența țesuturilor vii ale plantelor și animalelor. Tensiunea osmotică joacă rolul unui mecanism care alimentează nutrienții celulelor și apa în copacii înalți, se ridică zeci de metri în sus de la rădăcini, ceea ce corespunde presiunii osmotice de câteva zeci de atmosfere. [C.110]
Toate celulele vii sunt în general permeabile la apă fără nici un mecanism activ particular. Apa este transferată în și din celulă în funcție de diferența de presiune osmotică. [C.372]
Celulele vii nu sunt numai capabile să se umfle sau să se micsoreze cu o creștere sau scădere a presiunii osmotice a mediului extern, dar această schimbare are o natură cantitativă [c.372]
Vant-Goff și-a început povestea. Din partițiile semi-permeabile, el sa mutat la celulele vii, la forța enormă care apare în ele ca urmare a presiunii osmotice. [C.60]
Presiunea osmotică este o valoare care este strâns legată de viața normală a celulei. Acest lucru este ușor de observat prin compararea concentrațiilor de suc stoarse din celulele vii și din aceleași celule ucise anterior. [C.73]
Stratul exterior al celulei, adică membrana acesteia, transmite nu numai apă, ci și substanțe dizolvate în ea într-o oarecare măsură. Celula vii reglează în mod activ presiunea osmotică, schimbând concentrația substanțelor active osmotic. La animalele cu o singură celulă care trăiesc în apă dulce s-au dezvoltat adaptări speciale (vacuole pulsatoare), care elimină excesul de apă din celule. Organismele unicelulare care nu au vacuole pulsatoare elimină excesul de apă prin membrana celulară. La animalele mai mari, presiunea osmotică în întregul corp este reglementată de sistemul de organe de excreție (rinichi). [C.55]
Se poate observa din ultima ecuație că scăderea energiei libere la o temperatură constantă și o presiune constantă este egală cu munca totală pe care sistemul o poate realiza, minus NAL. Munca, desemnată AO, care este adesea numită muncă pură sau muncă utilă, poate fi chimică, electrică, fotochimică sau osmotică. Nu include lucrul de extindere a gazului împotriva presiunii constante, cu excepția cazului în care acest tip de lucru este utilizat într-un mod util. Un exemplu al unei astfel de activități neproductive a RAU este expansiunea aerului încălzit. În sistemele vii, problema muncii utile, însoțită de o schimbare a energiei libere, este deosebit de importantă, deoarece celulele vegetale și animale fac lucrarea mecanică necesară pentru a susține viața, nu. datorită absorbției căldurii din mediul extern. În cazul animalelor cu sânge cald, efectuarea lucrărilor la o temperatură constantă datorată absorbției căldurii este pur și simplu interzisă de a doua lege. Activitatea celulelor depinde de energia chimică pe care o primesc de la substanțele nutritive. Acest tip de lucru poate fi, evident, realizat prin schimbarea energiei libere a UA. Fig. 2.11 ilustrează o parte din munca utilă cu care ne confruntăm atunci când studiem organismele vii. [C.107]
Plantele mai mari constau dintr-un număr mare de celule, într-un anumit fel fixate între ele de pereții celulelor din jur. Multe dintre proprietățile caracteristice ale plantelor sunt în mod direct sau indirect legate de prezența acestor pereți celulari. Compoziția și aspectul pereților celulari sunt determinate direct de tipul tipului de care aparține celulă și care sunt funcțiile sale. În același timp, principiile de bază ale construcției tuturor zidurilor celulare sunt în mod similar izbitor. Fibrele celulozice rigide sunt scufundate într-o matrice care conține multe legături încrucișate și constă din polizaharide cum ar fi pectine și hemiceluloză, precum și glicoproteine. Datorită acestei structuri, peretele celular primar are o marjă mare de rezistență la tracțiune și este capabil să treacă numai molecule de dimensiuni relativ mici. Dacă o celulă de plante lipsită de un perete celular (protoplast) este plasată în apă, atunci va lua apă prin osmoză, se va umfla și se va sparge. În același timp, conținutul viu al celulei, închis într-o cochilie, se umflă și presează împotriva acesteia din urmă, ca rezultat al unei presiuni, cunoscută sub numele de turgor. Turgorul este strict reglementat și vital, atât pentru creșterea dimensiunii celulei, cât și pentru rigiditatea mecanică a plantei tinere. [C.398]
Până în prezent am presupus că coloidul nu este un electrolit și acest lucru este valabil pentru soluțiile de macromolecule din solvenți nepolari. Cu toate acestea, în soluții apoase, multe macromolecule și, mai presus de toate, diverse biocoloide, sunt, de regulă, sub formă de ioni. Dacă soluția conține și electroliți obișnuiți, imaginea este și mai complicată. Aici, echilibrul osmotic este combinat cu interacțiunile electrostatice. Macroionii, care nu trec prin porii membranei, păstrează parțial contraioni și distrug distribuția lor uniformă, așa-numitul potențial de membrană (care joacă un rol important în metabolismul unei celule vii). Concentrația crescută de ioni electrostatic de ioni de pe o parte a membranei determină o presiune osmotică mai mare. Adăugarea de ecrane electrolitează potențialul membranei (efectul comprimării atmosferei contraionice), iar mișcarea termică reduce distribuția inegală a ionilor, iar presiunea osmotică scade. Cazul limitator al unui potențial de membrană complet suprimat (distribuția uniformă a tuturor ionilor din jurul membranei) corespunde presiunii osmotice a unei soluții de non-electroliți de aceeași concentrație. Teoria acestui efect a fost propusă de Donnan (1911). Să presupunem că în stânga membranei este o soluție de polielectrolit N31 cu o concentrație de c, iar în dreapta este o soluție a unui electrolit convențional, de exemplu LaC1, cu o concentrație de c. Membrana trece în mod liber moleculele de sol (apă), ionii Na + și C1, dar nu trece ioni. Pentru simplificare, urmând Donnan, presupunem că volumele soluțiilor de pe ambele părți ale membranei sunt aceleași. Acest lucru face concluzia clară, fără a fi lipsită de generalitate. Să presupunem, de asemenea, că ambii electroliți sunt complet disociați. Atunci când se stabilește un echilibru în sistem, în acea parte a soluției, unde este localizat NaA, se transferă x mol de NaCl, astfel încât concentrația de N3 + în el crește la + x, concentrația lui K rămâne, ca mai înainte, egală cu c și concentrația de C1, este zero, va fi x. Pe cealaltă parte a concentrației membranei - [c.45]
Efectul Donnan (adică distribuția inegală a electroliților între celule și lichidul care le spală) are o mare influență asupra activității vitale a celulelor, asupra magnitudinii biopotențialelor etc. Totuși, într-un organism integrat, un număr de mecanisme fiziologice de reglementare, procese metabolice etc. Prin urmare, într-un organism viu, efectul Donnan este doar unul dintre motivele proceselor complexe ale presiunii osmotice, fenomenelor electrice, distribuției electroliților etc. [p.196]
Teaca celulelor vii este întotdeauna o membrană semi-permeabilă. Păstrează moleculele multor substanțe dizolvate în apă, dar trece apa. Prin urmare, fiecare animal și celula vegetală este un sistem osmotic microscopic, iar presiunea osmotică are un rol foarte important în activitatea vitală a organismelor. [C.68]
Presiunea osmotică este importantă în procesele biologice. După cum se știe, un strat de protoplasm, care joacă rolul unei partiții semipermeabile, se învecinează cu pereții celulari. Fluidul închis în interiorul celulelor (sapă celulară) conține diferite substanțe în stare dizolvată care nu penetrează prin stratul de protoplasmă. Dacă celula se află în apă, aceasta din urmă penetrează în celulă și creează presiune în ea, numită turgor. Datorită turgorului, țesuturile plantelor vii dobândesc forța și elasticitatea intrinsecă. Atunci când celulele mor, protoplasmul își pierde proprietatea semipermeabilității, ceea ce duce la dispariția turgorului și a vierii plantei. Atunci când o celulă viu intră într-o soluție a cărei concentrație este mai mare decât concentrația de celule celulare, apa se deplasează de la celulă la soluția exterioară, protoplasmul se micșorează și apare plasmoliza. [C.27]
Alți ioni de metal (Na, K) - Sodiul este distribuit în principal în exterior și potasiu - în interiorul celulei. Ambii cationi contribuie la menținerea presiunii osmotice, transmiterea impulsurilor nervoase, transferul activ de zaharide și aminoacizi. Cationii Na "și K, care sunt acizi tari, formează complexe cu liganzi conținând atomi de oxigen donatori (acești liganzi sunt baze puternice). Dar în sistemele vii, acești ioni sunt transportați liber, deoarece interacțiunea in vivo a ionilor cu liganzi este relativ slabă. Rolul antibioticilor-ionofori în transferul activ al ionilor în membranele celulare, de exemplu, în transferul selectiv al sodiului și potasiului în excitarea membranelor celulelor nervoase sau [p.269]
Tensiunea osmotică joacă un rol important în viața oamenilor, animalelor și plantelor. Celulele unui organism viu constau din saci protoplazmați umpluți cu soluții apoase de diverse substanțe (sapă de celule). Presiunea osmotică a buzei celulare la limită cu apa se situează între 4-10 -20-10 n m. Dacă o celulă este scufundată în apă sau o soluție cu o concentrație mai mică decât concentrația de celule celulare, apa intră în celulă, creând în ea o presiune hidrostatică, numită turgor. Dacă celula este imersată într-o soluție mai concentrată decât celula [c.142]
Agentul primar de reducere a fotosintezei obișnuite în plantele verzi este apa. Activitatea apei în celule poate fi modificată prin hidratare directă și deshidratare sau prin plasarea celulelor în soluții cu o presiune osmotică diferită. Ambele operații au un impact semnificativ asupra fotosintezei. Totuși, această influență nu poate fi considerată ca un fenomen cinetic, care respectă legea acțiunii în masă, deoarece este asociată cu schimbări în permeabilitate și alte proprietăți coloidale ale protoplazelor și membranelor celulare, pe care depinde toată activitatea unei celule vii, în grade diferite. Prin urmare, acțiunea deshidratării este discutată în capitolul ch. XIII (vol. I, p. 341), unde ne-am ocupat de diferite tipuri de inhibiție fizică și chimică și de stimulare a fotosintezei. [C.365]
O celulă de drojdie plasată într-o soluție de substanțe diferite, cum ar fi masa zaharificată, poate fi considerată convențional ca o celulă înconjurată de o partiție semipermeabilă. În ceea ce privește o astfel de celulă, legile presiunii osmotice vor fi valabile într-o anumită măsură, cu modificări corespunzătoare pentru coloizii din interiorul celulei și pentru plasma vii. [C.270]
Fenomenul de osmoză în celulele vii. Difuzia, osmoza și presiunea osmotică joacă un rol important în organismele de animale și plante. Protoplasma celulelor este un perete ideal semi-permeabil, prin care numai anumite substanțe pot pătrunde sau pot fi îndepărtate din acesta, dar este impermeabil la alte substanțe. Astfel, pereții celulelor roșii din sânge (celulele roșii din sânge) sunt impermeabili la clorura de sodiu, dar permeabili la apă. Dacă celulele roșii sunt introduse într-o soluție de clorură de sodiu, presiunea osmotică a căreia este mai mare decât presiunea osmotică din interiorul celulelor, soluția hipertonică), apoi apa difuzează din celule și celulele se contractă. Într-o soluție a cărei presiune osmotică este mai mică decât presiunea internă a unei soluții hipotonice), osmoza are loc în direcția opusă. Apa din exterior pătrunde în celule, în timp ce acestea se umflă. Volumul de celule crește până când pereții lor se sparg și conținutul scurgeri în lichidul din jur. Două soluții care au aceeași presiune osmotică, indiferent de compoziția substanțelor dizolvate care determină această presiune, se numesc soluții izotonice sau izosmotice. Fluidul din sânge în care celulele roșii din sânge sunt cântărite - plasma sanguină - este izotonică cu fluidul găsit în celulele roșii și alte celule ale corpului. [C.161]
Aceste fenomene pot fi folosite pentru a determina presiunea osmotică în celulele vii, în special în celulele plantei. Membrana permeabilă exterioară a fibrei este acoperită cu protoplasm, care joacă rolul de partiție semi-permeabilă. Dacă o astfel de celulă este introdusă într-o soluție hipertonică, atunci apa se eliberează din interior prin protoplasmă. Membrana protoplasmică se încruntă, detașându-se din membrana celulozei - apare plasmoliză. O soluție mai diluată, în care plasmoliza este oprită, este izotonică față de fluidul din interiorul celulei. Când sunt injectate în soluții hipotonice, celulele se umflă datorită penetrării apei din exterior prin membrana protoplasmică. Întrucât, în condiții normale, apa absorbită de plante conține puține substanțe dizolvate, penetrează prin plic și creează presiune în interiorul celulei care acționează asupra pereților celulari (turgiditate). Această presiune determină elasticitatea plantelor, în special a celor tinere și verzi. Atunci când celulele în timpul evaporării pierd mai multă apă decât pătrund în afară datorită osmozelor, pierd elasticitatea, planta dispare, așa cum era. [C.162]
Apa reprezintă o componentă lichidă principală a țesuturilor animale și vegetale, creează un mediu pentru transferul nutrienților în celulele în creștere și eliminarea substanțelor nocive și asigură, de asemenea, reglarea căldurii prin evaporare. Deoarece ultimele două funcții sunt asociate cu îndepărtarea apei din corp, este necesară restabilirea periodică a balanței de apă. Apa este absorbita prin sistemul radicular al plantelor si prin membranele celulare ale vietii. Absorbția este o consecință a diferenței de presiuni osmotice de pe ambele părți ale membranei și poate apărea numai la un gradient de concentrații de săruri dizolvate (mai puțin în apă decât în fluidul intracelular). [C.532]
În condiții fiziologice, adică în acele condiții care există într-o celulă vie (temperatură, pH, presiune osmotică, concentrație de substanțe reactive etc.), descompunerea moleculare a ATP (506 g) este însoțită de eliberarea a 12 kcal sau 50 kJ de energie. [C.22]
Concentrația sapelui celular, presiunea osmotică a acestuia, sunt, fără îndoială, importante pentru absorbția apei de către celulă. Această circumstanță, totuși, nu dă motive să considere procesul de absorbție a apei ca fiind pur osmotic și astfel să excludă participarea protoplasmului viu în el. Se știe că partea principală a biocolloidelor celulare aparține compușilor hidrofilici capabili de modificări reversibile în gradul conținutului lor de apă. Apa absorbantă, micile coloidal se umflă și atunci când apa este eliberată din micelă coloidală, are loc așa-numita biciuire. Forțele dezvoltate în cursul acestor procese sunt foarte semnificative și ating adesea sute de atmosfere. Forța care trebuie aplicată unui sistem coloidal pentru a preveni absorbția apei se numește presiune de umflare. [C.73]
Principala presiune a fost descoperită în prima jumătate a secolului al XVIII-lea. și a fost studiat destul de extensiv de atunci. Au fost exprimate câteva ipoteze extrem de controversate cu privire la natura sa. Gama acestor ipoteze este destul de largă - din explicațiile lui Els și Knight, referindu-se la 1727 și 1801, 259, L, V. Mozhaevop și N. V. Pilshchikova [260-265], D. Bosa [266], A. P. Petrova [244], potrivit căruia apa este injectată în principal de celulele rădăcinii vii, până la conceptele formulate la sfârșitul secolului trecut, potrivit cărora celulele vii nu participă activ la mișcarea apei prin intermediul sistemelor radiculare sau chiar împiedică această mișcare [259]. Planul propus de Priestley în anii 1920 [267, 268], activitatea de fortificare a rădăcinii osmometrului, în zilele noastre, într-o formă ușor modificată, este cunoscută sub numele de conceptul osmotic de exudare. Este invariabil menționată în toate manualele și recenziile. previne eliberarea de substanțe active osmotic, suc de xilem, dat [c.118]
Conform schemei lui D. Priestley (Fig.14), A - celule vii, celule C ale sistemului vascular, în care nu există presiune de turgor, deci S = P. La o saturație completă cu apă un grup de celule / 1, care sunt imersate în vasul B, supt forța va fi în curând egală cu 0. În timp ce P> T, apa intră în celulă, dar când presiunea osmotică este echilibrată de presiunea turbidă, puterea de aspirație este egală cu O, celulele sistemului vascular cu C, 10, egală cu presiunea osmotică. Astfel, celulele vor suge apa din vasul B, prin filtrarea lui prin celulele vii ale lui A. [c.118]
În țesuturile osmotice. presiunea este de 0,5-2 MPa (în plante în deserturi - mai mult de 10 MPa). Hidrostatică. presiunea care rezultă din structurile intracelulare ca rezultat al osmozelor, numită turgescență. Această presiune conferă rezistență și elasticitate țesuturilor organismelor vii. Dacă celula moare, plicul își pierde jumătatea permeabilității, turgorul dispare (planta se învârte). Osmotich. presiunea este principalul motiv pentru mișcarea apei în plante și creșterea acesteia de la rădăcini la vârf. Celulele frunzelor, pierzând apa, o absoarbă osmotic din celulele tulpinii, iar acestea din celulele rădăcinii, care la rândul lor iau apă din sol. Pentru creșterea și dezvoltarea plantelor este important relația dintre osmotic. soluția de sol din sol și soluția celulară. O plantă se poate dezvolta în mod normal numai atunci când este osmotică. presiunea sucului celular este mai osmotică. sol de presiune r-ra. [C.419]
Ipoteza lui Münch este pur fizică și nu explică de ce tuburile de sită ar trebui să rămână vii și active din punct de vedere metabolic. De asemenea, nu explică modul în care celulele mezofilelor din frunze pot încărca tuburi de sită cu asimilate împotriva gradientului osmotic. Se știe că phloem / o este mai negativ decât cel al țesutului fotosintetic. În acest sens, ipoteza lui Münch a fost ulterior completată - aceasta a inclus mecanismul de încărcare activă a substanțelor dizolvate în tuburi de sită. El implică faptul că gradientele osmotice și hidrostatice nu încep în mezofilul fotosintetic, ci direct în phloem. În plus, se crede că descărcarea de phloem la nivelul consumatorilor este, de asemenea, un proces activ. O astfel de versiune modernă a ipotezei lui Münch este numită o ipoteză actuală sub presiune. [C.135]
Presiunea hidrostatică excesivă din interiorul celulei plantei, numită presiune de turgor (sau pur și simplu turgor), care rezultă din dezechilibrul osmotic al acestor două medii, este de importanță vitală pentru plante. Turgorul este principala forță care se întinde pe parcursul creșterii, este, de asemenea, responsabilă în mare măsură de rigiditatea țesuturilor de plante vii (comparați frunza umedă a unei plante deshidratate cu frunzele elastice ale unei plante care primește suficientă apă). [C.389]
Vezi paginile în care se menționează termenul de presiune osmotică a celulelor vii: [c.142] [c.237] [c.21] [c.94] [c.174] [c.48] Biochimia fizică (1949) - [c. 355]