Осмотическое давление
Осмос (от греч. osmos- толчок, давление) - диффузия вещества (обычно растворителя) через полупроницаемую перегородку (мембрану), разделяющую чистый растворитель и раствор или два раствора различной концентрации и проницаемую только для растворителя.
Полупроницаемые мембраны представляют собой стенки тканей животных и растений, искусственные органические мембраны - желатин, целлофан, осадочные мембраны, например, Cu2[Fe(CN)6].
В общем случае, если концентрация растворителя в растворе А больше, чем в растворе В, возникает поток молекул растворителя от А к В. Разность давлений p между растворами А и В, которую надо приложить для прекращения указанного потока, называют осмотическим давлениемp. Значение p зависит от состава растворов, разделенных мембраной, и температуры.
Для разбавленных растворов справедливо уравнение Вант Гоффа (1887):
p=cRT, (11)
где с- молярная концентрация раствора.
Сходство уравнения (11) с уравнением Клапейрона-Менделеева чисто формальное, так как осмотическое давление не связано с ударами частиц о стенки мембраны. Осмотическое давление обусловлено различием значений химического потенциала растворителя по обе стороны полупроницаемой перегородки ( для 1 М раствора при 25 оС p »25 атм!).
Уравнение (11) называется уравнением Вант-Гоффа для осмотического давления.Измеряя осмотическое давление раствора, содержащего определённую массу вещества, можно определить молекулярную массу этого вещества.
Осмос играет огромную роль в растительных и животных организмах, способствуя обводнению клеток и межклеточных структур.
Если растительная клетка помещена в концентрированный раствор соли или сахара, то наблюдается осмотическое всасывание воды из клетки во внешний раствор – экзоосмос. При этом протоплазма начинает отставать от стенок целлюлозной оболочки (сморщиваться) и уменьшается в объёме – явление плазмолиза. Плазмолиз – обратимый процесс. Если концентрация соли, сахара в клетке больше, чем во внешнем растворе, то происходит осмотическое всасывание воды в клетку из внешнего раствора – эндоосмос. Состояние осмотического напряжения клетки, обусловленное повышенным осмотическим давлением, называется тургор (термин происходит от позднелатинского слова turgor - вздутие, наполнение). Тургор поддерживает листья и стебли, придавая растениям прочность и устойчивость. Увядание растения связано с уменьшением тургора. Осмос свойственен и животным тканям и клеткам. Эритроциты уменьшаются в объёме в результате экзоосмоса. В результате эндоосмоса наблюдается увеличение объёма эритроцитов и происходит гемолиз – эритроциты лопаются во внешнюю среду, выделяется гемоглобин и раствор окрашивается в красный цвет. Поэтому кровоточащие раны нельзя обрабатывать водой, так как это усиливает гемолиз. Раствор с осмотическим давлением, равным осмотическому давлению клеток и тканей называется изоосмотическимилиизотоническим. Такие растворы называю ещё физиологическими. Раствор с большим осмотическим давлением, чем внутри клетки - гипертонический, а с меньшим – гипотонический. Осмотическое давление в растениях изменяется от 5 до 20 атм. В растениях пустынь и засолённых почв - 50-100 атм. Корни всегда имеют более низкое осмотическое давление, чем наземные части растения, например, листья. У цветов и плодов давление более высокое, чем у листьев и других вегетативных органов. Это способствует продвижению вверх по растению. У морских рыб осмотическое давление равно осмотическому давлению воды за счёт выделения мочевины, образующейся в результате распада белковых веществ. Осмотическое давление в крови человека при нормальной температуре 7,7-8,1 атм.