Definicija osmoze
Osmoza je spontani prolaz otapala (koje je u biološkim sustavima obično voda), od otopine u kojoj su otopljene tvari razrijeđenije do one u kojoj su koncentriraniji; ovo kretanje - koje se događa kroz polupropusnu membranu - nastavlja se sve dok se ne postigne ravnotežna situacija u kojoj obje otopine dobivaju i održavaju istu koncentraciju.
Praktičan primjer
Da bismo bolje razjasnili pojam osmoze, zamislimo da imamo spremnik podijeljen u dva odjeljka jednakog volumena (A i B) polupropusnom membranom (to jest, propusnom samo za otapalo - u ovom slučaju vodu - a ne za otopina). odjeljak A nalazi se vodena otopina u kojoj je otopljena žlica glukoze, dok u dijelu B imamo vodenu otopinu jednakog volumena u kojoj su otopljene tri žlice glukoze (stoga je koncentriranija). razlika stvara gradijent koncentracije glukoze na stranama membrane, a budući da ovaj šećer ne može prijeći, ravnoteža se postiže prolaskom vode iz odjeljka A (gdje je glukoza više razrijeđena) prema odjeljku B (gdje ga ima više ). Ako više volite, također se može reći da voda prolazi osmozom iz otopine u kojoj je koncentriranija (A) u onu u kojoj je manje koncentrirana (B).
Nakon ovog toka, razina vode u B raste i smanjuje se u A, stvarajući određenu razliku u razinama između ta dva. Ova pojava prestaje kada dvije otopine dosegnu istu koncentraciju, a zatim je zadrže konstantnom.
Hipotonične, izotonične i hipertonične otopine
Uzimajući dvije otopine s različitom molarnom koncentracijom (različit broj čestica otopljenih u njima), otopina s najnižom molarnom koncentracijom definirana je kao hipotonična, a koncentriranija je hipertonična. Dvije otopine su umjesto toga izotonične (ili ekvimolarne) kada imaju istu koncentraciju.
U upravo navedenom primjeru otopina B je hipertonična (stoga sadrži više otopljenih tvari) od druge (definirana kao hipotonična); stoga se pod normalnim uvjetima otapalo osmozom pomiče iz hipotonične u hipertoničnu otopinu. Govorili smo o standardnim uvjetima jer je, igrajući se sa zakonima fizike, moguće preokrenuti sam pojam osmoze i pogodovati prijelazu otapala iz najrazrijeđenije koncentracije u najkoncentriraniju (reverzna osmoza).
Osmotski tlak i reverzna osmoza
Kao što je do sada izraženo, neto protok otapala - nastao osmozom - nastavlja se sve dok dvije otopine ne dosegnu istu koncentraciju. Pa, ovom se kretanju može suprotstaviti, zaustaviti ili čak preokrenuti pritiskom na odjeljak s najvećom koncentracijom.
U prethodnom primjeru dovoljno je staviti klip u odjeljak B (za koji se sjećamo da ima veću koncentraciju) i gurnuti ga prema dolje s određenom silom, kako bi se olakšao prolaz vode prema A; u ovom slučaju govorimo o obrnutom smjeru osmoza.
Osmotski tlak je tlak koji se točno suprotstavlja prolasku otapala kroz polupropusnu membranu; posljedično, to je pritisak potreban za suzbijanje osmoze.
Za ono što je dosad rečeno, dvije izotonične otopine imaju isti osmotski tlak; valja stoga naglasiti da osmotski tlak ovisi isključivo o broju čestica prisutnih u otopini, a ne o njihovoj prirodi.
Osmoza i ljudsko tijelo
Plazma membrane koje okružuju stanice ljudskog tijela zapravo su polupropusne membrane koje omogućuju izravan prolaz, kroz osmozu, malih molekula (poput vode i uree), ali ne i onih veće molekularne mase ( poput proteina, aminokiselina i šećera). Osmotske ravnoteže u tjelesnim tekućinama stoga su bitne za jamčenje stanicama optimalnog okruženja za život.
Ako uzmemo stanicu poput crvenog krvnog zrnca i uronimo je u hipotoničnu otopinu, ona - osmozom - prolazi oticanje (uzrokovano ulaskom vode), zbog čega čak može eksplodirati. Naprotiv, ako se uroni u hipertonična otopina stanica koju prolazi, zbog prolaska vode prema van, teške dehidracije zbog koje dolazi do nabora. Srećom, u ljudskom organizmu stanice su uronjene u izotonične otopine s obzirom na njihovo unutarnje okruženje, a postoje različiti sustavi za održavanje tih tekućina u osmotskoj ravnoteži.
Osmotski tlak i skladištenje hrane
Razmislimo na trenutak o domaćem džemu ... šećera se dodaje u izobilju ne samo radi poboljšanja okusa, već i prije svega radi povećanja roka trajanja. Ipak, šećer je važan element za život mnogih mikroorganizama koji sudjeluju u razgradnji proizvoda. Ovu prividnu kontradikciju razbija sam koncept osmoze.
