Ορισμός της όσμωσης
Η όσμωση είναι η αυθόρμητη διέλευση ενός διαλύτη (ο οποίος στα συστήματα ύδατος είναι συνήθως νερό), από το διάλυμα στο οποίο οι διαλυμένες ουσίες αραιώνονται περισσότερο σε εκείνη στην οποία είναι περισσότερο συγκεντρωμένες. αυτή η κίνηση - η οποία συμβαίνει μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης - συνεχίζεται μέχρις ότου επιτευχθεί μια κατάσταση ισορροπίας, όπου και τα δύο διαλύματα αποκτούν και διατηρούν την ίδια συγκέντρωση.
Πρακτικό παράδειγμα
Για να διευκρινίσουμε καλύτερα την έννοια της όσμωσης, ας φανταστούμε να έχουμε ένα δοχείο χωρισμένο σε δύο διαμερίσματα ίσου όγκου (Α και Β) από μια ημιδιαπερατή μεμβράνη (δηλαδή διαπερατή μόνο στον διαλύτη - στην περίπτωση αυτή το νερό - και όχι στη διαλυμένη ουσία). Στο διαμέρισμα Α υπάρχει ένα υδατικό διάλυμα στο οποίο διαλύεται μια κουταλιά της γλυκόζης, ενώ στο μέρος Β έχουμε ένα υδατικό διάλυμα ίσου όγκου στον οποίο διαλύθηκαν τρεις κουταλιές γλυκόζης γλυκόζης (κατά συνέπεια είναι πιο συμπυκνωμένο). Αυτή η διαφορά δημιουργεί μια βαθμίδα συγκέντρωσης για τη γλυκόζη στις πλευρές της μεμβράνης και, καθώς αυτό το σάκχαρο δεν μπορεί να περάσει μέσα από αυτό, η ισορροπία επιτυγχάνεται με τη δίοδο νερού από το διαμέρισμα Α (όπου η γλυκόζη αραιώνεται περισσότερο) στο διαμέρισμα Β (όπου είναι πιο άφθονο). Αν προτιμάτε, μπορεί επίσης να ειπωθεί ότι το νερό περνά μέσω της όσμωσης από το διάλυμα στο οποίο είναι πιο συγκεντρωμένο (Α) σε εκείνο 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 στο επίπεδο μεταξύ των δύο. Το φαινόμενο αυτό τελειώνει όταν οι δύο λύσεις φτάσουν στην ίδια συγκέντρωση, διατηρώντας τη σταθερή.
Υποτονικά, ισοτονικά και υπερτονικά διαλύματα
Λαμβάνοντας δύο διαλύματα με διαφορετικές μοριακές συγκεντρώσεις (διαφορετικός αριθμός σωματιδίων που διαλύονται σε αυτά), το διάλυμα με τη χαμηλότερη συγκέντρωση μοριακής και υπερτονικής συγκέντρωσης ορίζεται ως υποτονικό. Δύο λύσεις είναι ισοτονικές (ή ισομοριακές) όταν έχουν την ίδια συγκέντρωση.
Στο παράδειγμα που μόλις δόθηκε, το διάλυμα Β είναι υπερτονικό (συνεπώς περιέχει περισσότερες διαλυμένες ουσίες) από το άλλο (ορίζεται υποτονικό). επομένως, υπό κανονικές συνθήκες, ο διαλύτης μετακινείται με όσμωση από το υποτονικό στο υπερτονικό διάλυμα. Μιλήσαμε για τυποποιημένες συνθήκες επειδή, 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 πλέον αραιωμένη συγκέντρωση στην πιο συγκεντρωμένη (αντίστροφη όσμωση).
Οσμωτική πίεση και αντίστροφη όσμωση
Όπως εκφράζεται μέχρι τώρα, η καθαρή ροή του διαλύτη - που παράγεται από την όσμωση - συνεχίζεται μέχρις ότου τα δύο διαλύματα φθάσουν στην ίδια συγκέντρωση. Αυτή η κίνηση μπορεί να αντιμετωπιστεί, να σταματήσει ή και να αντιστραφεί εφαρμόζοντας πίεση στο διαμέρισμα με την υψηλότερη συγκέντρωση.
Στο προηγούμενο παράδειγμα αρκεί να τοποθετήσουμε ένα έμβολο στο διαμέρισμα Β (το οποίο θυμόμαστε ότι έχουμε μεγαλύτερη συγκέντρωση) και να τον σπρώξουμε προς τα κάτω με μια ορισμένη δύναμη, για να ευνοήσουμε τη διέλευση του νερού προς το Α. Σε αυτή την περίπτωση μιλάμε για αντίστροφη όσμωση.
Η οσμωτική πίεση είναι η πίεση που είναι ακριβώς αντίθετη με τη διέλευση του διαλύτη μέσω της ημιπερατής μεμβράνης. Κατά συνέπεια είναι απαραίτητη η πίεση για την καταπολέμηση της όσμωσης.
Σύμφωνα με όσα έχουν ειπωθεί μέχρι τώρα, δύο ισοτονικές λύσεις έχουν την ίδια οσμωτική πίεση. για να υπογραμμίσουμε 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 μικρών μορίων (όπως νερό και ουρία) μέσω όσμωσης, αλλά όχι εκείνων με μεγαλύτερο μοριακό βάρος πρωτεΐνες, αμινοξέα και σάκχαρα). Οι ωσμωτικές ισορροπίες στα σωματικά υγρά είναι συνεπώς απαραίτητες για να εξασφαλίσουν τα κύτταρα ένα βέλτιστο περιβάλλον για να ζήσουν.
Αν πάρουμε ένα κύτταρο σαν ένα ερυθρό αιμοσφαίριο και το βυθίσουμε σε μια υποτονική λύση, αυτό - μέσω της όσμωσης - υφίσταται ένα πρήξιμο (που δίνεται από την είσοδο του νερού), το οποίο μπορεί ακόμη και να το εκραγεί. Αντίθετα, αν βυθιστεί σε υπερτονική λύση, το κύτταρο υποφέρει, λόγω της διέλευσης του νερού προς τα έξω, από μια σοβαρή αφυδάτωση που τον κάνει να ρυτίδωνε. Ευτυχώς, στον ανθρώπινο οργανισμό τα κύτταρα βυθίζονται σε ισοτονικές λύσεις σε σχέση με το εσωτερικό τους περιβάλλον και υπάρχουν διάφορα συστήματα για να διατηρηθούν αυτά τα υγρά σε οσμωτική ισορροπία.
Οσμωτική πίεση και διατήρηση των τροφίμων
Ας σκεφτούμε για μια στιγμή 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 στη ζωή πολλών μικροοργανισμών που εμπλέκονται στην υποβάθμιση του προϊόντος. Αυτή η προφανής αντίφαση απομακρύνεται από την ίδια την έννοια της όσμωσης.
