Οσμωτική Πίεση

Εισαγωγή

Ηωσμωτική πίεση είναι η ελάχιστη πίεση που απαιτείται για να αποτραπεί η ροή του καθαρού διαλύτη ενός διαλύματος προς τα μέσα μέσα από ένα ημιπερατό φράγμα.

Μπορεί επίσης να περιγραφεί ως μέτρηση της τάσης ενός διαλύματος να απορροφήσει έναν καθαρό διαλύτη μέσω όσμωσης. Η υψηλότερη ωσμωτική πίεση που θα μπορούσε να αναπτυχθεί σε ένα διάλυμα εάν αφαιρούνταν από τον καθαρό του διαλύτη με μια ημιπερατή μεμβράνη είναι γνωστή ως πιθανή ωσμωτική πίεση .

Η όσμωση συμβαίνει όταν δύο διαλύματα με διαφορετικές ποσότητες διαλυμένης ουσίας χωρίζονται από μια επιλεκτικά διαπερατή μεμβράνη. Τα μόρια του διαλύτη ρέουν πάνω από τη μεμβράνη κατά προτίμηση από ένα διάλυμα χαμηλής συγκέντρωσης σε ένα διάλυμα με αυξανόμενη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας. Η μεταφορά των μορίων του διαλύτη θα συνεχιστεί μέχρι να επιτευχθεί ισορροπία.

Οσμωτική πίεση

Όταν μια ημιπερατή μεμβράνη διαχωρίζει ένα διάλυμα από το καθαρό νερό, ωσμωτική πίεση είναι η πίεση που πρέπει να ασκηθεί στην πλευρά του διαλύματος για να σταματήσει η κίνηση του υγρού.

Ο Jacobus Henricus van 't Hoff, χημικός ολλανδικής καταγωγής, έδειξε το 1886 ότι εάν η διαλυμένη ουσία είναι αρκετά αραιή ώστε η μερική τάση ατμών της πάνω από το διάλυμα να υπακούει στο νόμο του Henry (δηλαδή, είναι ανάλογη με τη συγκέντρωσή της στο διάλυμα), τότε η οσμωτική πίεση ποικίλλει ανάλογα με τη συγκέντρωση και τη θερμοκρασία όπως αυτή ενός αερίου που καταλαμβάνει τον ίδιο όγκο.

Αυτή η σχέση οδήγησε σε τύπους για την εκτίμηση των μοριακών βαρών των διαλυμένων ουσιών σε αραιά διαλύματα με βάση την κατάψυξη, τον βρασμό και την τάση ατμών του διαλύτη.

Υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

π =iCRT

Πού,

π =ωσμωτική πίεση

i =  ευρετήριο van’t Hoff

C =μοριακή συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας 

R =ιδανική σταθερά αερίου

T =θερμοκρασία σε Kelvin

Τα μόρια του διαλύτη περνούν πάνω από μια ημιπερατή μεμβράνη από τη μια περιοχή στην άλλη όπου η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας είναι χαμηλή σε μια περιοχή όπου η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας είναι υψηλή, καταλήγοντας τελικά σε ισορροπία και στις δύο πλευρές και καταλήγοντας στην ίδια συγκέντρωση και στις δύο πλευρές. ως όσμωση. Η διάχυση είναι μια συγκεκριμένη περίπτωση όσμωσης.

Είναι ο μηχανισμός με τον οποίο ένας διαλύτης ρέει προς την αντίθετη κατεύθυνση της φυσικής όσμωσης πάνω από μια ημιπερατή μεμβράνη. Η μέθοδος φιλτραρίσματος νερού που είναι γνωστή ως αντίστροφη όσμωση αφαιρεί ιόντα, ανεπιθύμητες ενώσεις και μεγαλύτερα σωματίδια από το πόσιμο νερό.

Συστήματα που ρυθμίζονται από ωσμωτική πίεση: 

Μια ημιπερατή μεμβράνη τοποθετείται γύρω από το δισκίο, το σωματίδιο ή το διάλυμα φαρμάκου σε ωσμωτική πίεση ελεγχόμενα συστήματα, που επιτρέπουν στο νερό να εισέλθει στο δισκίο και το διάλυμα φαρμάκου να αντλείται έξω μέσω της μικρής οπής παροχής στον πυρήνα του δισκίου. Υπάρχουν δύο τύποι συστημάτων ρύθμισης της οσμωτικής πίεσης που περιγράφονται στη βιβλιογραφία. Το φάρμακο συγκρατείται σε έναν εύκαμπτο σάκο που περιβάλλεται από έναν οσμωτικό πυρήνα τύπου 1, ενώ το φάρμακο συγκρατείται σε έναν εύκαμπτο σάκο που περιβάλλεται από έναν οσμωτικό πυρήνα του τύπου 2. Είναι εφικτό να σχεδιαστεί ένα οσμωτικό σύστημα για τη διανομή διαφόρων φαρμάκων σε προκαθορισμένο βαθμολογήστε βελτιστοποιώντας τις μεταβλητές διαμόρφωσης και επεξεργασίας.

Η όσμωση είναι μια διαδικασία κατά την οποία το υγρό ρέει από χαμηλότερη συγκέντρωση σε υψηλότερη συγκέντρωση διαμέσου μιας ημιπερατής μεμβράνης που επιτρέπει τη διέλευση μόνο υγρού. Το φάρμακο είναι επικαλυμμένο με μια ημιπερατή μεμβράνη και μια ακτίνα λέιζερ χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μιας οπής στο ένα άκρο του δισκίου. Το διάλυμα του φαρμάκου αντλείται από το άνοιγμα και απελευθερώνεται στο περιβάλλον του στομάχου καθώς το γαστρικό υγρό διαρρέει τη μεμβράνη, διαλυτοποιεί το φάρμακο και αυξάνει την εσωτερική πίεση, προκαλώντας την άντληση του φαρμακευτικού διαλύματος από το άνοιγμα και την απελευθέρωση στο γαστρικό περιβάλλον. Εάν υπάρχει περίσσεια φαρμάκου μέσα στο χάπι, ο ρυθμός χορήγησης παραμένει σταθερός. Ωστόσο, όταν η συγκέντρωση πέσει κάτω από το σημείο κορεσμού, πέφτει στο μηδέν.

Όσμωση και ωσμωτική πίεση: 

Η όσμωση είναι η φυσική ροή ή διάχυση νερού ή άλλων διαλυτών μέσω ενός ημιπερατού φραγμού (που εμποδίζει τη διέλευση διαλυμένων ενώσεων, όπως οι διαλυμένες ουσίες).

Ο Wilhelm Pfeffer, ένας Γερμανός φυσιολόγος φυτών, ήταν ο πρώτος που εξερεύνησε αυτή τη ζωτικής σημασίας βιολογική διαδικασία. Προηγουμένως, είχαν γίνει λιγότερο λεπτομερείς μελέτες των μεμβρανών που διαρρέουν (π.χ. κύστεων ζώων) και της διέλευσης νερού και ενώσεων διαφυγής σε αντίθετες κατευθύνσεις σε αυτές. Ο Thomas Graham, ένας Βρετανός φυσικός, δημιούργησε τον όρο osmose το 1854. (τώρα osmosis).

Η ωσμωτική πίεση μιας λύσης συνδέεται στενά με διάφορα άλλα χαρακτηριστικά της λύσης, γνωστά ως συλλογικές ιδιότητες. Η διάλυση διαλυμένων ουσιών σε ένα διάλυμα προκαλεί συμπίεση του σημείου πήξης, ανύψωση του σημείου βρασμού και μείωση της πίεσης ατμών, μεταξύ άλλων επιδράσεων. Αντί για άμεση ωσμωτική πίεση μετρήσεις, η συμπίεση της πίεσης ατμών της πίεσης του σημείου πήξης χρησιμοποιείται συχνά για την εκτίμηση της ωσμωτικότητας. Η συγκέντρωση που απαιτείται για να παρατηρηθούν αυτά τα φαινόμενα αναφέρεται ως ωσμωτικότητα.

Επειδή η τάση ατμών του είναι χαμηλότερη από αυτή του νερού, ένα διάλυμα που τοποθετείται σε σφραγισμένο δοχείο με πηγή καθαρού νερού θα κερδίσει νερό. Η ημιδιαπερατή μεμβράνη σε αυτή την περίπτωση είναι ο ενδιάμεσος αέρας μεταξύ των δύο επιφανειών, ο οποίος τυπικά είναι πανομοιότυπος με την όσμωση. Επειδή ωσμωτική πίεση και η συμπίεση της τάσης ατμών είναι ουσιαστικά οι ίδιες διαδικασίες, είναι τέλειοι προβλέποντες ο ένας του άλλου.

Οσμωτική πίεση σε φυτά

Μια διαφορά στις ποσότητες των διαλυμένων ουσιών μεταξύ των διαλυμάτων που χωρίζονται από ένα ημιπερατό φράγμα προκαλεί υδροστατική πίεση.

Το υδάτινο δυναμικό ή η τάση του νερού να μετακινείται από το ένα μέρος στο άλλο, μειώνεται από ωσμωτική πίεση . Επομένως απαιτείται στα φυτικά κύτταρα για σφριγηλότητα και υποστήριξη.

Οσμωτική πίεση μπορεί να συσσωρευτεί μέσα σε ένα κύτταρο όταν το νερό εισέρχεται μέσω όσμωσης. Εάν ένα κύτταρο έχει κυτταρικό τοίχωμα, βοηθά να διατηρείται υπό έλεγχο η υδατική ισορροπία του κυττάρου. Σε πολλά φυτά, ωσμωτική πίεση είναι η κύρια πηγή υποστήριξης. Η πίεση στροβιλισμού που εξαναγκάζεται στο κυτταρικό τοίχωμα από την οσμωτική είσοδο νερού σε ένα υποτονικό φυτικό κύτταρο αυξάνεται μέχρι να εμποδίσει την είσοδο περισσότερου νερού στο κύτταρο. Σε αυτό το σημείο, το φυτικό κύτταρο είναι θολό.

Η όσμωση μπορεί να είναι εξαιρετικά καταστροφική για τους οργανισμούς, ιδιαίτερα αυτούς που δεν έχουν κυτταρικά τοιχώματα. 

Τα κύτταρα ενός ψαριού θαλασσινού νερού (τα κύτταρα του οποίου είναι ισοτονικά με το θαλασσινό νερό) θα απορροφήσουν επιπλέον νερό, θα λύσουν και θα πεθάνουν εάν τοποθετηθούν σε γλυκό νερό.

Η χρήση επιτραπέζιου αλατιού για να σκοτώσει γυμνοσάλιαγκες και σαλιγκάρια είναι ένα άλλο παράδειγμα επιζήμιας οσμωτικής επίδρασης.

Παράδειγμα όσμωσης: 

Η όσμωση είναι η διαδικασία μέσω της οποίας το νερό απορροφάται από τη γη. Το νερό ρέει στις ρίζες επειδή η συγκέντρωση των ριζών των φυτών είναι μεγαλύτερη από το έδαφος.

Η διέλευση νερού μέσα στα κύτταρα κάνει τα δάχτυλα να γίνουν δαμάσκηνα όταν βυθίζονται για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Η όσμωση είναι μια ζωτική διαδικασία στη ζωή των φυτών, των ζώων και των ανθρώπων. Η απορρόφηση νερού από τα έντερα στο αίμα στα ζωικά κύτταρα υποβοηθάται από την όσμωση.

Παράδειγμα:Οι σταφίδες φουσκώνουν όταν τοποθετούνται σε κανονικό νερό. Εάν βάλετε μια σταφίδα σε καθαρό νερό, φουσκώνει με τον καιρό. Αυτό συμβαίνει επειδή η σταφίδα περιέχει υψηλότερη συγκέντρωση ζάχαρης και άλλων διαλυμένων ουσιών από το νερό, επομένως το νερό μετακινείται στα κύτταρα της σταφίδας μέσω όσμωσης.

Συμπέρασμα 

Οσμωτικά διαλύματα:

• Ισοτονικό διάλυμα – Η συγκέντρωση των διαλυμένων ουσιών εντός και εκτός του κυττάρου είναι ίση με ένα ισοτονικό διάλυμα.
• Υποτονικό διάλυμα – Η συγκέντρωση των διαλυμένων ουσιών μέσα στο κύτταρο είναι υψηλότερη από ό,τι έξω, με αποτέλεσμα ένα υποτονικό διάλυμα.

• Υπερτονικό διάλυμα – Η συγκέντρωση των διαλυμένων ουσιών έξω από το κύτταρο είναι υψηλότερη από ό,τι στο εσωτερικό του κυττάρου σε ένα υπερτονικό διάλυμα.

Τύποι όσμωσης:

• Ενδόσμωση – Όταν ένα υλικό βυθίζεται σε ένα υποτονικό διάλυμα, τα μόρια του διαλύτη εισέρχονται στο κύτταρο, προκαλώντας το να γίνει θολό

ή αποπλασμολυθεί. Αυτό αναφέρεται ως ενδόσμωση.

• Εξώσμωση – Όταν ένα υλικό τοποθετείται σε ένα υπερτονικό διάλυμα, τα μόρια του διαλύτη διαφεύγουν, το κύτταρο γίνεται χαλαρό ή πλασμολύεται ως αποτέλεσμα. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως εξώσμωση.

Ο έλεγχος της όσμωσης είναι ένας τρόπος που το σώμα διατηρεί το νερό. Όταν το σώμα είναι αφυδατωμένο, ο εγκέφαλος λέει στα νεφρά να συγκεντρώνουν τα ούρα για να συγκρατούν περισσότερο νερό. Η αντιδιουρητική ορμόνη (ADH) είναι μια ορμόνη που παράγεται από τον εγκέφαλο και μεταφέρεται στα νεφρά μέσω της κυκλοφορίας. Ένα δίκτυο σωλήνων που διατρέχει τους νεφρούς είναι γνωστό ως αγωγοί συλλογής. Το νερό είναι γενικά αδιαπέραστο στους αγωγούς συλλογής. Έτσι, εάν το νερό βρίσκεται στον αγωγό συλλογής, είναι καθ' οδόν προς την ουροδόχο κύστη. Η ADH, από την άλλη πλευρά, προκαλεί το άνοιγμα των καναλιών νερού στα τοιχώματα των αγωγών συλλογής. Το νερό που διαφορετικά θα γινόταν ούρα μπορεί τώρα να ρέει έξω από τον αγωγό συλλογής και να επιστρέψει στην κυκλοφορία του αίματος.