Osmos

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 27 december 2020; kontroller kräver 7 redigeringar .

Osmos (av grekiska ὄσμος  - tryck, tryck) - spontan överföring ( diffusion ) av ett lösningsmedel genom ett semipermeabelt membran som inte låter det lösta ämnet passera och separerar två lösningar av samma ämne med olika koncentrationer, eller ett rent lösningsmedel och en lösning [1] . Osmos för systemet närmare jämvikt som ett resultat av utjämning av koncentrationer på båda sidor av skiljeväggen - lösningsmedlet diffunderar i riktning från en utspädd lösning eller ett rent lösningsmedel till en mer koncentrerad lösning [2] .

En bredare tolkning av fenomenet osmos är baserad på tillämpningen av Le Chatelier-Brown-principen : om ett system i stabil jämvikt påverkas från utsidan, ändrar alla jämviktsförhållandena (temperatur, tryck, koncentration, externt elektromagnetiskt fält) ), då ökar processerna i systemet som syftar till att kompensera för yttre påverkan.

Historien om upptäckten av osmos

Osmos upptäcktes av den franske naturforskaren J.-A. Nollet (1748); den första mätningen av osmotiskt tryck gjordes av W. Pfeffer (1877) [1] .

Kärnan i processen

Fenomenet osmos observeras i de medier där lösningsmedlets rörlighet är större än rörligheten för de lösta ämnena. Ett viktigt specialfall av osmos är osmos genom ett semipermeabelt membran . Semi-permeabla membran kallas, som har en tillräckligt hög permeabilitet inte för alla, men bara för vissa ämnen, i synnerhet för ett lösningsmedel. (Rörligheten för lösta ämnen i membranet är relativt låg). Som regel beror detta på molekylernas storlek och rörlighet, till exempel är en vattenmolekyl mindre än de flesta molekyler av lösta ämnen. Om ett sådant membran separerar lösningen och det rena lösningsmedlet, är koncentrationen av lösningsmedlet i lösningen mindre hög, eftersom några av dess molekyler där ersätts med molekylerna i det lösta ämnet. Som ett resultat kommer övergångarna av lösningsmedelspartiklarna från sektionen som innehåller det rena lösningsmedlet till lösningen att ske oftare än i motsatt riktning. Följaktligen kommer volymen av lösningen att öka (och koncentrationen av ämnet kommer att minska), medan volymen av det rena lösningsmedlet kommer att minska på motsvarande sätt.

Till exempel, ett semipermeabelt membran fäster vid ett äggskal från insidan: det tillåter vattenmolekyler att passera och håller kvar sockermolekyler . Om ett sådant membran separerar sockerlösningar med en koncentration på 5 respektive 10%, kommer endast vattenmolekyler att passera genom det i båda riktningarna . Som ett resultat, i en mer utspädd lösning, kommer koncentrationen av socker att öka, och i en mindre utspädd, tvärtom, kommer den att minska. När koncentrationen av socker i båda lösningarna blir densamma kommer jämvikten. Lösningar som har nått jämvikt kallas isotoniska . Om man ser till att koncentrationerna inte ändras kommer det osmotiska trycket att nå ett konstant värde när det omvända flödet av vattenmolekyler blir lika med det direkta.

Osmos riktad inuti en begränsad volym vätska kallas endosmos , utåt -exosmos . Transporten av ett lösningsmedel över ett membran drivs av osmotiskt tryck . Detta osmotiska tryck uppstår enligt Le Chateliers princip på grund av det faktum att systemet försöker utjämna koncentrationen av lösningen i båda medierna åtskilda av ett membran, och beskrivs av termodynamikens andra lag . Det är lika med det externa övertrycket som bör appliceras från sidan av lösningen för att stoppa processen, det vill säga skapa förutsättningar för osmotisk jämvikt. Att överskrida övertrycket över det osmotiska trycket kan leda till att lösningsmedlets osmos -backdiffusion vänds .

I de fall där membranet är permeabelt inte bara för lösningsmedlet utan även för vissa lösta ämnen, gör överföringen av det senare från lösningen till lösningsmedlet det möjligt att utföra dialys , som används som en metod för att rena polymerer och kolloidala system från lågmolekylära föroreningar, såsom elektrolyter .

Betydelsen av osmos

• Elasticitet , cellturgor : Växtceller använder osmos för att öka volymen av vakuolen så att den expanderar cellväggarna ( turgortryck ). Växtceller gör detta genom att lagra sackaros. Genom att öka eller minska koncentrationen av sackaros i cytoplasman kan celler reglera osmos. På grund av detta ökar växtens elasticitet som helhet. Många rörelser av växter är förknippade med förändringar i turgortryck (till exempel rörelser av morrhår av ärtor och andra klätterväxter);

• Elasticitet hos vävnader , organs form;

• Assimilering av mat , bildning av lymfa , urin , avföring ;

• Verkan av droger ;

• På grund av osmos fördelas vatten i kroppen mellan blod , vävnader , celler : Osmos spelar en viktig roll i många biologiska processer. Membranet som omger en normal blodkropp är endast genomsläpplig för vattenmolekyler, syre , några av de näringsämnen som är lösta i blodet och cellulära avfallsprodukter; för stora proteinmolekyler som är i löst tillstånd inuti cellen är den ogenomtränglig. Därför förblir proteiner som är så viktiga för biologiska processer inuti cellen;

• Osmos är involverad i transporten av näringsämnen i stammarna på höga träd , där kapillärtransport inte kan utföra denna funktion;

• Sedan urminnes tider har mänskligheten, även om den inte förstår den fysiska innebörden, använt effekten av osmos i processen att salta mat. Som ett resultat plasmolyserade patogenceller ;

• Osmos används ofta inom laboratorieteknik: för att bestämma polymerernas molära egenskaper, koncentrera lösningar och studera olika biologiska strukturer. Osmotiska fenomen används ibland inom industrin, till exempel vid framställning av vissa polymera material, vid rening av högmineraliserat vatten genom metoden för omvänd osmos av vätskor;

• Sötvattenprotozoer har också en vakuol , men uppgiften för protozovakuoler är bara att pumpa ut överflödigt vatten från cytoplasman för att upprätthålla en konstant koncentration av ämnen som är lösta i den;

• Osmos spelar också en viktig roll i vattenkropparnas ekologi. Om koncentrationen av salt och andra ämnen i vattnet stiger eller sjunker, kommer invånarna i dessa vatten att dö på grund av osmosens skadliga effekter.

Industriell användning

Världens första kraftverk  – en prototyp som använder fenomenet osmos för att generera elektricitet, lanserades av Statkraft den 24 november 2009 i Norge nära staden Tofte. Salt hav och sötvatten vid kraftverket separeras av ett membran . Eftersom koncentrationen av salter i havsvatten är högre utvecklas fenomenet osmos mellan havets saltvatten och fjordens sötvatten - ett konstant flöde av vattenmolekyler genom membranet mot saltlösningen, vilket resulterar i ett tryck av färskvatten på membranet [3] . Detta tryck motsvarar trycket i en vattenpelare som är 120 meter hög. Vattenflödet är tillräckligt för att driva en hydroturbin som genererar kraft. Produktionen är begränsad, huvudmålet är testning av utrustning. Den mest problematiska komponenten i ett kraftverk är membranen. Enligt Statkrafts experter kan världsproduktionen ligga på mellan 1 600 och 1 700 TWh, vilket är jämförbart med Kinas förbrukning 2002. Begränsningen är relaterad till driftprincipen – sådana kraftverk kan bara byggas vid kusten.

Fenomenet osmos finner sin tillämpning vid borrning, vid konstruktion av olje- och gaskällor. Här uppstår osmos i form av osmotiska flöden genom den leriga skorpan på brunnens väggar, vilket spelar rollen som ett membran som är permeabelt för lösningsmedlet (lösningsfiltrat). Riktningen på dessa flöden är viktig, främst vid borrning av spröda stenar som är benägna att spricka och fälla (mest lerstenar). Osmos som riktas från brunnen till bergarterna som utgör brunnens väggar leder till att porer och sprickor mättas med vätska och som ett resultat till att stenar fälls och kollapsar och att det bildas intensiv grotta. Om osmosgradienten riktas från brunnens väggar till själva brunnen, kommer detta att bidra till väggarnas stabilitet, förhindra ras och kollapsar. För detta ändamål rekommenderas att gradvis eller stegvis öka mineraliseringen av borrvätskan under fördjupningen av intervallet som består av spröda bergarter.

Se även

• direkt osmos
• Omvänd osmos
• Elektroosmos
• onormal osmos
• Exoosmos
• Endoosmos

Anteckningar

1. ↑ 1 2 Ageev E. P. , Osmos, 2014 .
2. ↑ Rebinder P.A. , Osmos, 1964 .
3. ↑ Salt kilowatt . Hämtad 3 juli 2012. Arkiverad från originalet 4 augusti 2012. (obestämd)

Litteratur

• Ageev E.P. Osmosis  // Great Russian Encyclopedia . - M . : Great Russian Encyclopedia , 2014. - T. 24 . - S. 548 . (ryska)
• Griffin D., Novik Al. Levande organism, trans. från engelska. - M .: Mir, 1973.
• Ershov. Allmän kemi. — Åttonde upplagan, stereotypt. - Moskva: Högre skola, 2010. - 559 s.
• Kurs i fysikalisk kemi / red. Ja. I. Gerasimova. - M. - L., 1963-1966. - V. 1-2.
• Melvin-Hughes E. A. Fysikalisk kemi, övers. från engelska, bok. 1-2. - M. , 1962.
• Nobel P. Växtcellsfysiologi (fysikalisk-kemiskt tillvägagångssätt), övers. från engelska. - M. , 1973.
• Pasynsky A. G. Kolloidkemi. - 3:e uppl. - M. , 1968.
• Prosser L., Brown F. Comparative animal physiology, trans. från engelska. - M. , 1967.
• Rebinder P. A. . Osmos // Brief Chemical Encyclopedia. -M.:Soviet Encyclopedia, 1964. -T. 3. -S. 398 (stb. 795-796). (ryska)

Länkar

• Konovalov D.P. ,. Osmosis // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 86 volymer (82 volymer och ytterligare 4). - St Petersburg. 1890-1907.
• Osmosis - en artikel från uppslagsverket "Round the World"
• Osmosis - artikel från Great Soviet Encyclopedia . 

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor katalanska Stor norsk Stor ryss Brockhaus och Efron runt världen Litet Brockhaus och Efron Britannica (online) Skrivbord
I bibliografiska kataloger BNF : 119782463 GND : 4043973-2 J9U : 987007553480705171 LCCN : sh85095934 NDL : 00571168 NKC : ph556172