Osmose
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 27. december 2020; checks kræver 7 redigeringer .Osmose (fra græsk ὄσμος - tryk, tryk) - spontan overførsel ( diffusion ) af et opløsningsmiddel gennem en semipermeabel membran , der ikke tillader det opløste stof at passere igennem og adskiller to opløsninger af det samme stof med forskellige koncentrationer, eller et rent opløsningsmiddel og en løsning [1] . Osmose bringer systemet tættere på ligevægt som følge af udligning af koncentrationer på begge sider af skillevæggen - opløsningsmidlet diffunderer i retningen fra en fortyndet opløsning eller et rent opløsningsmiddel til en mere koncentreret opløsning [2] .
En bredere fortolkning af fænomenet osmose er baseret på anvendelsen af Le Chatelier-Brown-princippet : hvis et system i stabil ligevægt påvirkes udefra, ændres nogen af ligevægtsforholdene (temperatur, tryk, koncentration, eksternt elektromagnetisk felt) ), så øges processerne i systemet med det formål at kompensere for ydre påvirkninger.
Historien om opdagelsen af osmose
Osmose blev opdaget af den franske naturforsker J.-A. Nollet (1748); den første måling af osmotisk tryk blev foretaget af W. Pfeffer (1877) [1] .
Essensen af processen
Fænomenet osmose observeres i de medier, hvor mobiliteten af opløsningsmidlet er større end mobiliteten af de opløste stoffer. Et vigtigt specialtilfælde af osmose er osmose gennem en semipermeabel membran . Semi-permeable membraner kaldes, som har en tilstrækkelig høj permeabilitet ikke for alle, men kun for nogle stoffer, især for et opløsningsmiddel. (Mobiliteten af opløste stoffer i membranen er relativt lav). Som regel skyldes det molekylernes størrelse og mobilitet, for eksempel er et vandmolekyle mindre end de fleste molekyler af opløste stoffer. Hvis en sådan membran adskiller opløsningen og det rene opløsningsmiddel, så er koncentrationen af opløsningsmidlet i opløsningen mindre høj, da nogle af dens molekyler der er erstattet af molekylerne i det opløste stof. Som følge heraf vil overgangene af opløsningsmiddelpartiklerne fra sektionen indeholdende det rene opløsningsmiddel til opløsningen forekomme oftere end i den modsatte retning. Følgelig vil volumenet af opløsningen stige (og koncentrationen af stoffet vil falde), mens volumenet af det rene opløsningsmiddel vil falde tilsvarende.
For eksempel klæber en semipermeabel membran til en æggeskal indefra: den tillader vandmolekyler at passere igennem og fastholder sukkermolekyler . Hvis en sådan membran adskiller sukkeropløsninger med en koncentration på henholdsvis 5 og 10%, vil kun vandmolekyler passere gennem den i begge retninger . Som følge heraf vil koncentrationen af sukker stige i en mere fortyndet opløsning, og i en mindre fortyndet vil den tværtimod falde. Når koncentrationen af sukker i begge opløsninger bliver den samme, vil ligevægten komme. Løsninger, der har nået ligevægt, kaldes isotoniske . Hvis man sørger for, at koncentrationerne ikke ændres, vil det osmotiske tryk nå en konstant værdi, når den omvendte strøm af vandmolekyler bliver lig med den direkte.
Osmose rettet inde i en begrænset mængde væske kaldes endosmose , udadgående exosmose . Transporten af et opløsningsmiddel over en membran drives af osmotisk tryk . Dette osmotiske tryk opstår ifølge Le Chateliers princip på grund af det faktum, at systemet forsøger at udligne koncentrationen af opløsningen i begge medier adskilt af en membran, og er beskrevet af termodynamikkens anden lov . Det er lig med det overskydende ydre tryk, der skal påføres fra siden af opløsningen for at stoppe processen, det vil sige at skabe betingelser for osmotisk ligevægt. Overskridelse af overtryk i forhold til osmotisk tryk kan føre til reversering af osmose- back diffusion af opløsningsmidlet .
I tilfælde, hvor membranen ikke kun er permeabel for opløsningsmidlet, men også for nogle opløste stoffer, gør overførslen af sidstnævnte fra opløsning til opløsningsmidlet det muligt at udføre dialyse , som bruges som en metode til at rense polymerer og kolloide systemer fra urenheder med lav molekylvægt, såsom elektrolytter .
Betydningen af osmose
- Elasticitet , celleturgor : Planteceller bruger osmose til at øge volumen af vakuolen , så den udvider cellevæggene ( turgortryk ). Planteceller gør dette ved at opbevare saccharose. Ved at øge eller mindske koncentrationen af saccharose i cytoplasmaet kan celler regulere osmose. På grund af dette øges plantens elasticitet som helhed. Mange bevægelser af planter er forbundet med ændringer i turgortryk (f.eks. bevægelser af knurhår på ærter og andre klatreplanter);
- Elasticitet af væv , form af organer;
- Virkningen af stoffer ;
- På grund af osmose fordeles vand i kroppen mellem blod , væv , celler : Osmose spiller en vigtig rolle i mange biologiske processer. Membranen , der omgiver en normal blodcelle , er kun permeabel for vandmolekyler, ilt , nogle af næringsstofferne opløst i blodet og cellulære affaldsprodukter; for store proteinmolekyler , der er i opløst tilstand inde i cellen, er det uigennemtrængeligt. Derfor forbliver proteiner, der er så vigtige for biologiske processer, inde i cellen;
- Osmose er involveret i transporten af næringsstoffer i stammerne af høje træer , hvor kapillærtransport ikke er i stand til at udføre denne funktion;
- Siden oldtiden har menneskeheden, selv om den ikke forstår den fysiske betydning, brugt osmoses virkning i processen med at salte mad. Som et resultat plasmolyserede patogene celler ;
- Osmose er meget udbredt i laboratorieteknologi: ved bestemmelse af polymerers molære egenskaber, koncentrering af opløsninger og undersøgelse af forskellige biologiske strukturer. Osmotiske fænomener bruges undertiden i industrien, for eksempel i produktionen af visse polymere materialer, i rensningen af højt mineraliseret vand ved metoden med omvendt osmose af væsker;
- Ferskvandsprotozoer har også en vakuole , men opgaven med protozovakuoler er kun at pumpe overskydende vand ud fra cytoplasmaet for at opretholde en konstant koncentration af stoffer opløst i det;
- Osmose spiller også en vigtig rolle i vandområdernes økologi. Hvis koncentrationen af salt og andre stoffer i vandet stiger eller falder, vil indbyggerne i disse farvande dø på grund af osmosens skadelige virkninger.
Industriel brug
Verdens første kraftværk - en prototype, der bruger fænomenet osmose til at generere elektricitet, blev lanceret af Statkraft den 24. november 2009 i Norge nær byen Tofte. Salt hav og ferskvand på kraftværket er adskilt af en membran . Da koncentrationen af salte i havvand er højere, udvikles fænomenet osmose mellem havets saltvand og fjordens ferskvand - en konstant strøm af vandmolekyler gennem membranen mod saltopløsningen, hvilket resulterer i et tryk på ferskvand på membranen [3] . Dette tryk svarer til trykket i en vandsøjle, der er 120 meter høj. Vandstrømmen er tilstrækkelig til at drive en hydroturbine , der genererer strøm. Produktionen er begrænset, hovedmålet er test af udstyr. Den mest problematiske komponent i et kraftværk er membranerne. Ifølge Statkrafts eksperter kan verdensproduktionen ligge på mellem 1.600 og 1.700 TWh, hvilket kan sammenlignes med Kinas forbrug i 2002. Begrænsningen hænger sammen med driftsprincippet – sådanne kraftværker kan kun bygges ved kysten.
Fænomenet osmose finder sin anvendelse ved boring, i konstruktion af olie- og gasbrønde. Her opstår osmose i form af osmotiske strømninger gennem den lerholdige skorpe på brøndens vægge, som spiller rollen som en membran, der er permeabel for opløsningsmidlet (opløsningsfiltrat). Retningen af disse strømme er vigtig, primært ved boring af sprøde klipper, der er tilbøjelige til at revne og falde (for det meste muddersten). Osmose rettet fra brønden til klipperne, der udgør brøndens vægge, fører til mætning af porer og revner med væske og som et resultat til udskillelse og kollaps af klipper og intens huledannelse. Hvis osmosegradienten ledes fra brøndens vægge til selve brønden, vil dette bidrage til væggenes stabilitet, forhindre skrammer og kollaps. Til dette formål anbefales det gradvist eller trinvist at øge mineraliseringen af borevæsken i løbet af uddybningen af intervallet bestående af sprøde klipper.
Se også
Noter
- ↑ 1 2 Ageev E. P. , Osmos, 2014 .
- ↑ Rebinder P.A. , Osmos, 1964 .
- ↑ Salt kilowatt . Hentet 3. juli 2012. Arkiveret fra originalen 4. august 2012.
Litteratur
- Ageev E.P. Osmose // Great Russian Encyclopedia . - M . : Great Russian Encyclopedia , 2014. - T. 24 . - S. 548 .
- Griffin D., Novik Al. Levende organisme, trans. fra engelsk. - M .: Mir, 1973.
- Ershov. Generel kemi. — Ottende udgave, stereotypisk. - Moskva: Higher School, 2010. - 559 s.
- Kursus i fysisk kemi / red. Ja. I. Gerasimova. - M. - L., 1963-1966. - V. 1-2.
- Melvin-Hughes E. A. Fysisk kemi, trans. fra engelsk, bog. 1-2. - M. , 1962.
- Nobel P. Plantecellefysiologi (fysisk-kemisk tilgang), trans. fra engelsk. - M. , 1973.
- Pasynsky A. G. Kolloid kemi. - 3. udg. - M. , 1968.
- Prosser L., Brown F. Comparative animal physiology, trans. fra engelsk. - M. , 1967.
- Rebinder P. A. . Osmose // Brief Chemical Encyclopedia. -M.:Soviet Encyclopedia, 1964. -T. 3. -S. 398 (stb. 795-796).
Links
- Konovalov D.P. ,. Osmose // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.
- Osmose - en artikel fra encyklopædien "Round the World"
- Osmose - artikel fra Great Soviet Encyclopedia .
 Ordbøger og encyklopædier |
| |||
|---|---|---|---|---|
| ||||