Ορισμός της όσμωσης
Η όσμωση είναι η αυθόρμητη διέλευση ενός διαλύτη (ο οποίος στα βιολογικά συστήματα είναι συνήθως νερό), από το διάλυμα στο οποίο οι διαλυμένες ουσίες αραιώνονται περισσότερο σε αυτό στο οποίο είναι πιο συμπυκνωμένα. αυτή η κίνηση - η οποία συμβαίνει μέσω μιας ημιδιαπερατής μεμβράνης - συνεχίζεται μέχρι να επιτευχθεί μια κατάσταση ισορροπίας, στην οποία και τα δύο διαλύματα αποκτούν και διατηρούν την ίδια συγκέντρωση.
Πρακτικό παράδειγμα
Για να διευκρινίσουμε καλύτερα την έννοια της όσμωσης, ας φανταστούμε ότι έχουμε ένα δοχείο χωρισμένο σε δύο διαμερίσματα ίσου όγκου (Α και Β) από μια ημιδιαπερατή μεμβράνη (δηλαδή, διαπερατή μόνο στον διαλύτη - στην περίπτωση αυτή νερό - και όχι στο διαμέρισμα Α. Υπάρχει ένα υδατικό διάλυμα στο οποίο έχει διαλυθεί μια κουταλιά της σούπας γλυκόζη, ενώ στο μέρος Β έχουμε ένα υδατικό διάλυμα ίσου όγκου στο οποίο έχουν διαλυθεί τρεις κουταλιές γλυκόζης (επομένως είναι πιο συμπυκνωμένη). Αυτό Η διαφορά δημιουργεί κλίση συγκέντρωσης για τη γλυκόζη στα πλάγια της μεμβράνης και, εφόσον αυτό το σάκχαρο δεν μπορεί να το διασχίσει, επιτυγχάνεται ισορροπία με τη διέλευση του νερού από το διαμέρισμα Α (όπου η γλυκόζη αραιώνεται περισσότερο) προς το διαμέρισμα Β (όπου είναι πιο άφθονη ). Εάν προτιμάτε, μπορεί επίσης να ειπωθεί ότι το νερό περνάει με όσμωση από το διάλυμα στο οποίο είναι πιο συμπυκνωμένο (Α) σε αυτό στο οποίο είναι λιγότερο συγκεντρωμένο (Β).
Μετά από αυτή τη ροή, η στάθμη του νερού στο Β αυξάνεται και μειώνεται στο Α, δημιουργώντας μια ορισμένη διαφορά επιπέδου μεταξύ των δύο. Αυτό το φαινόμενο τελειώνει όταν τα δύο διαλύματα φτάσουν στην ίδια συγκέντρωση, διατηρώντας τη σταθερή.
Υποτονικά, ισοτονικά και υπερτονικά διαλύματα
Λαμβάνοντας δύο διαλύματα με διαφορετική γραμμομοριακή συγκέντρωση (διαφορετικός αριθμός σωματιδίων διαλυμένων σε αυτά), το διάλυμα με τη χαμηλότερη γραμμομοριακή συγκέντρωση ορίζεται ως υποτονικό και το πιο συμπυκνωμένο είναι υπερτονικό. Δύο διαλύματα είναι αντίθετα ισοτονικά (ή ισομοριακά) όταν έχουν την ίδια συγκέντρωση.
Στο παράδειγμα που μόλις φτιάχτηκε, το διάλυμα Β είναι υπερτονικό (επομένως περιέχει περισσότερες διαλυμένες ουσίες) από το άλλο (ορίζεται ως υποτονικό). Συνεπώς, υπό κανονικές συνθήκες, ο διαλύτης μετακινείται με όσμωση από το υποτονικό στο υπερτονικό διάλυμα. Μιλήσαμε για τυπικές συνθήκες γιατί, παίζοντας με τους νόμους της φυσικής, είναι δυνατόν να ανατραπεί η ίδια η έννοια της όσμωσης και να ευνοηθεί η διέλευση του διαλύτη από την πιο αραιωμένη συγκέντρωση στην πιο συμπυκνωμένη (αντίστροφη όσμωση).
Οσμωτική πίεση και αντίστροφη όσμωση
Όπως εκφράστηκε μέχρι τώρα, η καθαρή ροή του διαλύτη - που παράγεται από όσμωση - συνεχίζεται έως ότου τα δύο διαλύματα φτάσουν στην ίδια συγκέντρωση. Λοιπόν, αυτή η κίνηση μπορεί να αντιμετωπιστεί, να σταματήσει ή ακόμα και να αντιστραφεί εφαρμόζοντας πίεση στο διαμέρισμα με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση.
Στο προηγούμενο παράδειγμα αρκεί να τοποθετήσουμε ένα έμβολο στο διαμέρισμα Β (το οποίο θυμόμαστε ότι έχει μεγαλύτερη συγκέντρωση) και να το σπρώχνουμε προς τα κάτω με μια ορισμένη δύναμη, για να ευνοήσουμε τη διέλευση του νερού προς το Α. Στην περίπτωση αυτή μιλάμε για αντίστροφο ώσμωση.
Η οσμωτική πίεση είναι η πίεση που αντιτίθεται ακριβώς στη διέλευση του διαλύτη μέσω της ημιδιαπερατής μεμβράνης. Κατά συνέπεια, είναι η απαραίτητη πίεση για την αντιμετώπιση της όσμωσης.
Για όσα έχουν ειπωθεί μέχρι τώρα, δύο ισοτονικά διαλύματα έχουν την ίδια ωσμωτική πίεση. θα πρέπει, λοιπόν, να τονιστεί ότι η οσμωτική πίεση εξαρτάται αποκλειστικά από τον αριθμό των σωματιδίων που υπάρχουν στο διάλυμα και όχι από τη φύση τους.
Όσμωση και ανθρώπινο σώμα
Οι μεμβράνες πλάσματος που περιβάλλουν τα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος είναι στην πραγματικότητα ημιπερατές μεμβράνες, οι οποίες επιτρέπουν την άμεση διέλευση, μέσω όσμωσης, μικρών μορίων (όπως το νερό και η ουρία), αλλά όχι εκείνων με μεγαλύτερο μοριακό βάρος ( όπως πρωτεΐνες, αμινοξέα και σάκχαρα). Οι οσμωτικές ισορροπίες στα υγρά του σώματος είναι επομένως απαραίτητες για να εγγυηθούν στα κύτταρα ένα βέλτιστο περιβάλλον μέσα στο οποίο μπορούν να ζήσουν.
Εάν πάρουμε ένα κύτταρο σαν ένα ερυθρό αιμοσφαίριο και το βυθίσουμε σε ένα υποτονικό διάλυμα, αυτό - με όσμωση - υφίσταται ένα πρήξιμο (που προκαλείται από την είσοδο του νερού), το οποίο μπορεί ακόμη και να το κάνει να εκραγεί. Αντίθετα, εάν βυθιστεί σε ένα υπερτονικό διάλυμα το κύτταρο στο οποίο υφίσταται, λόγω της διέλευσης του νερού προς το εξωτερικό, μιας σοβαρής αφυδάτωσης που το προκαλεί να ζαρώσει. Ευτυχώς, στον ανθρώπινο οργανισμό τα κύτταρα βυθίζονται σε ισοτονικά διαλύματα σε σχέση με το εσωτερικό τους περιβάλλον και υπάρχουν διάφορα συστήματα για να διατηρούν αυτά τα υγρά σε οσμωτική ισορροπία.
Οσμωτική πίεση και αποθήκευση τροφίμων
Ας σκεφτούμε για μια σπιτική μαρμελάδα ... η ζάχαρη προστίθεται σε αφθονία όχι μόνο για να βελτιώσει τη γεύση της, αλλά και κυρίως για να αυξήσει τη διάρκεια ζωής της. Ωστόσο, η ζάχαρη είναι ένα σημαντικό στοιχείο για τη ζωή πολλών μικροοργανισμών που εμπλέκονται στην αποικοδόμηση του προϊόντος. Αυτή η φαινομενική αντίφαση διαλύεται από την ίδια την έννοια της όσμωσης.
