Википедија

Osmoza

Osmoza[1] predstavlja difuziju molekula rastvarača kroz polupropustljivu membranu koja propušta molekule rastvarača ali ne propušta molekule rastvorene supstance.[2][3][4] Osmoza se javlja kad su koncentracije rastvora sa dve strane membrane različite.[5][6] Pošto polupropustljiva membrana propušta samo molekule rastvarača, ali ne i čestice rastvorene supstance, dolazi do difuzije rastvarača kroz membranu tj. molekuli rastvarača prolaze kroz membranu kako bi se izjednačile koncentracije sa obe strane membrane. Molekuli rastvarača se kreću iz sredine sa manjom koncentracijom u sredinu sa većom koncentracijom rastvorenih supstanci. Predstavlja vrstu pasivnog transporta.[7]

Osmoza - kompjuterska simulacija

Pri difuziji molekula rastvarača kroz membranu dolazi do porastva nivoa tečnosti na jednoj strani membrane i smanjenja nivoa tečnosti na drugom nivou. Porast nivoa tečnosti na jednoj strani stvara hidrostatički pritisak koji se suprotstavlja osmozi tj. osmotskom pritisku koji djeluje na membranu. Kada se ova dva pritiska izjednače doći će do upostave ravnoteže i proces difuzije će se završiti tj. neće više doći do podizanja nivoa tečnosti. Pritisak pri kome se uspostavlja ova ravnoteža se naziva efektivni osmotski pritisak. Osmotski pritisak je veći što je koncentracija rastvora veća i obrnuto.

U prirodi postoji više primjera osmoze, kao što je uzimanje vode iz zemljišta od strane biljaka ili ulaženje vode u ćeliju itd. Ako se ćelije nalaze u vodenom rastvoru, voda (koja u ćeliji vrši funkciju rastvarača) će težiti da prođe kroz ćelijsku membranu u cilju da se izjednače koncentracije sa obe strane membrane. Tako, ako ćeliju stavimo u hipotoničan rastvor (rastvor koji je manje koncentracije u odnos na samu ćeliju) doći će do ulaženja vode u ćeliju, do njenog bubrenja i prskanja. U hipertoničnom rastvoru (koncentrovaniji od rastvora u samoj ćeliji), voda će izlaziti iz ćelije i ona će se smežurati. Zbog toga je veoma važno da se održava stalan osmotski pritisak, odnosno količina vode u organizmu što se naziva osmoregulacija. Kod sisara se osmoregulacija vrši preko bubrega – višak vode iz krvi prelazi u mokraću.

Istorija uredi

 
Osmometer koji je izumeo Dutrohet.
 
1.čaša: dva rastvora različitih koncentracija odvojena polupropusnom membranom, prikazane su čestice rastvorene materije, 2.čaša: voda prelazi na desnu stranu od polupropusne membrane i time se teži izjednačavanju koncentracija.
 
Voda prolazi kroz polupropusnu membranu ako su odeljenje dve tečnosti različitih koncentracija.
 
Uticaj različitih rastvora na crvena krvna zrnca.
 
Uticaj različitog osmotskog pritiska na crvena krvna zrnca.
 
Ćelije biljaka pod različitim uslovima okoline.

Neke vrste osmotskog toka poznate su od davnina, npr. pri izgradnji egipatskih piramida.[8] Žan-Antoan Nolet je prvi dokumentovao posmatranje osmoze 1748. godine.[9] Reč „osmoza“ potiče od reči „endosmose“ i „exosmose“, koju je francuski lekar Rene Žoahim Anri Djutroše (1776–1847) formulisao od grčkih reči ἔνδον (éndon „unutra“), ἔξω (éxō „spoljašnji") i ὠσμός (ōsmós „potisak, impulsiranje”).[10] Godine 1867. Moric Traube je izumeo visoko selektivne membrane za padavine, unapređujući umetnost i tehniku merenja osmotskog protoka.

Mehanizam osmoze uredi

 
Prikaz rada povratne osmoze kod desalinizacije morske vode korištenjem izmenjivača pritiska:
1: Ulaz morske vode,
2: Izlaz slatke vode (40%),
3: Otpadna voda (60%),
4: Protok morske vode (60%),
5: Koncentrisani odvod (gušći od morske vode),
A: Protočna pumpa (40%),
B: Protočna puma,
C: Uređaj za povratnu osmozu s polupropusnom membranom,
D: Izmenjivač pritiska.

Osmoza je proces u kojem polupropusna membrana odvaja dva rastvora različitih koncentracija. Polupropusna membrana propušta molekule rastarača dok ne propušta čestice rastvorenih materija (jone ili molekule). Molekuli rastvarača se zbog razlike u koncentracijama rastvarača kreću s mesta manje koncentracije prema mestu veće koncentracije. Proces ima težnju odvijanja sve do izjednačenja koncentracija s obe strane membrane; manje koncentrisani rastvor postaje koncentrisaniji, više koncentrisanom rastvoru se smanjuje koncentracija. Pojava se može najjednostavnije objasniti kinetičkom teorijom i činjenicom da na strani rastvora s manjom koncentracijom rastvorenih materija ima više molekula rastvarača (vode) koji zato prelaze na stranu s manje molekula rastvarača.

Pri prolasku molekula rastvarača kroz membranu dolazi do porasta zapremine rastvarača na jednoj strani membrane i smanjenja zapremine rastvarača na drugoj strani. Porast zapremine rastvarača na jednoj strani stvara hidrostatički pritisak koji se suprotstavlja osmozi, to jest osmotskom pritisku koji deluje na membranu. Kada se ova dva pritiska izjednače, uspostavi se dinamična ravnoteža, to jest više ne dolazi do podizanja nivoa rasvora, dok molekuli rastvarača i dalje prolaze kroz membranu ali u oba smera jednako intenzivno. Pritisak pri kome se uspostavlja ova ravnoteža naziva se efektivni osmotski pritisak. Osmotski je pritisak veći što je razlika koncentracija ratvora veća, i obrnuto. Molekuli rastvarača se kreću iz rastvora s nižom (hipotonični rastvor) u rastvor s višom koncentracijom rastvorene materije (hipertonični rastvor). Osmoza se može posmatrati kao poseban slučaj difuzije. Osmolaritet je relativna koncentracija rastvorene materije u sredini u kojoj se nađe ćelija.

Osmoza i difuzija uredi

Difuzija se ne odvija samo između hemijskih materija koje se dodiruju, nego takođe između materija koje su odeljene nekom pregradom, odnosno membranom. Osim toga, difuzija tečnosti može postojati i kroz pregrade nasuprot sili teže, i to s izvesnim pritiskom koji se naziva osmotski pritisak. Ako se na primer odeli rastvor modre galice i vodi nekom membranom (na primer životinjskim mehurom) može se uočiti da voda mnogo brže prodire kroz membranu u modru galicu nego modra galica u vodu. Voda će dotle prodirati dok ne nastupi ravnoteža između hidrostatskog i osmotskog pritiska.

Difuzija kroz propusne ili polupropusne membrane (zidove) naziva se osmoza. Pritisak koji zbog različite koncentracije rastvora pokreće tečnosti u smeru veće koncentracije naziva se osmotski pritisak. Pri dodiru dve tečnosti različitih koncentracija tečnosti nastoje da svoju koncentraciju izednače difuzijom. Budući da molekuli modre galice ne mogu tako brzo da prolaze kroz polupropusnu membranu u vodu, to se koncentracija izednačava na taj način da voda prodire u rastvor modre galice i njihove koncentracije se izjednačuju.

Osmotski pritisak je kod nekih rastvora vrlo velik, tako je na primer kod šećernog rastvora 60 000 N/mm2 (0,6 bar). Osmoza je važna za žive organizme. Zidovi ćelija su opne koje propuštaju samo one materije koje su organizmu potrebne za hranu.[11]

Ćelijska osmoza uredi

Osmoza u ćeliji nastupa zbog razlike u osmolaritetu citoplazme s unutrašnje, i rastvora s spoljne strane membrane, što dovodi do smežuravanja ili bubrenja ćelije. Češća pojava bubrenja i lize ćelije nastupa zbog veće koncentracije rastvorenih jona i malih organskih molekula u ćeliji, zbog čega je ona hipertonična u odnosu na svoju okolinu, te voda ulazi u ćeliju. Ćelije se problemu visokog osmolariteta prilagođavaju, zavisno od carstva kojem pojedini organizam pripada:

  • Ćelije biljaka, algi, gljiva, i većine bakterija obavijene su ćelijskim zidom koji je dovoljno čvrst da spreči rasprsnuće ćelije u hipotonočnom rastvoru. U njima se, usled ulaska vode, stvara turgorski pritisak koji onu količinu vode koja uđe pokreća ka spoljašnosti, te su biljna tkiva izuzetno jaka. U hipetoničnom rastvoru izlazak vode uzrokuje odvajanje membrane od ćelijskog zida, te dovodi do procesa plazmolize i uvenuća biljke.
  • Životinjske ćelije problem osmolariteta rešavaju aktivnim izbacivanjem neorganskih jona i smanjivanjem razlike u koncentracijama rastvorenih materija (prvenstveno natrijuma) između ćelije i njeze okoline (natrijum-kalijumska pumpa ili K pumpa). Pri tome troše značajne količine energije.

Povratna osmoza uredi

Glavni članak: Povratna osmoza

Povratna osmoza, obrnuta osmoza ili reverzna osmoza je metoda koja služi za dobijanje pitke vode iz slane vode. Postupak koristi polupropusnu membranu kroz koju prolazi čista voda a zaostaju soli. Pritisak slane vode mora biti oko 25 bar, što ovu metodu čini skupom za proizvodnju većih količina sveže vode. Hloridi, amonijak i ugljen dioksid su mali molekuli, te prolaze kroz polupropusnu membranu. Njih je neophodno naknadno ukloniti aktivnim ugljem. Neke bakterije i virusi takode prolaze kroz polupropusnu membranu, te je vodu potrebno dezinficirati (hlorisanje, ozon, UV svetiljka, sunčeva dezinfekcija).[12]

Povratna osmoza ili reverzna osmoza je skoro savršen proces filtriranja vode. Ovaj proces omogućava odstranjivanje najsitnijih čestica iz vode. Povratna osmoza se koristi za prečišćavanje vode i odstranjivanje neorganskih minerala, soli i ostalih nečistoća u cilju poboljšanja izgleda, ukusa i ostalih svojstava vode. Tako se dobiva kvalitet voda za piće koji zadovoljava sve standarde voda za piće. Nakon poznatih načina prečišćavanje vode industrijskom filtracijom (gradski vodovod i fabrike), prokuvavanjem i hloriranjem, došlo se do tehnički skoro savršenog načina filtriranja vode, koji gotovo od svake zagađene vode može načiniti zdravu pitku voda. Osmotske membrane koje se koriste u ovom postupku imaju toliko sitne otvore da kroz njih mogu proći gotovo samo molekuli čiste vode, a sve nečistoće ostaju na membrani i izbacuju se preko odvoda kao tehnička otpadna voda. Ovakvim načinom filtracije vode dobija se voda za piće visokog kvaliteta, koja se može koristiti i u medicinske svrhe (voda za bebe).[13]

Vidi još uredi

Reference uredi

  1. ^ „osmosis Meaning in the Cambridge English Dictionary”. dictionary.cambridge.org. 
  2. ^ „Osmosis”. Oxford English Dictionary (3rd izd.). Oxford University Press. septembar 2005.  (Potrebna je pretplata ili članska kartica javne biblioteke UK.)
  3. ^ Osmosis, Encyclopædia Britannica on-line
  4. ^ Haynie, Donald T. (2001). Biological Thermodynamics . Cambridge: Cambridge University Press. str. 130–136. ISBN 978-0-521-79549-4. 
  5. ^ Waugh, A.; Grant, A. (2007). Anatomy and Physiology in Health and Illness. Edinburgh: Elsevier. str. 25—26. ISBN 978-0-443-10101-4. 
  6. ^ Osmosis Arhivirano 22 februar 2008 na sajtu Wayback Machine. University of Hamburg. last change: 31 July 2003
  7. ^ „Statkraft to build the world's first prototype osmotic power plant”. Statkraft. 2007-10-03. Arhivirano iz originala 2009-02-27. g. 
  8. ^ Hammel, H.T.; Scholander, P.F. (1976). Perspectives on the Mechanism of Osmosis and Imbibition In: Osmosis and tensile solvent. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York. link.
  9. ^ L’Abbé Nollet (June 1748) "Recherches sur les causes du bouillonnement des liquides" (Researches on the causes of the boiling of liquids) Mémoires de Mathématique et de Physique, tirés des registres de l’Académie Royale des Sciences de l’année 1748, pp. 57–104; especially pp. 101–103. The Mémoires (1748) were printed in: Histoire de l’Académie Royale des Sciences Année 1748, which was published in 1752 and which contains a condensed version of Nollet's article on pages 10–19.

    Original text : Avant que de finir ce Mémoire, je crois devoir rendre compte d'un fait que je dois au hasard, & qui me parut d'abord … singulier … j'en avois rempli une fiole cylindrique, longue de cinq pouces, & d'un pouce de diamètre ou environ ; & l'ayant couverte d'un morceau de vessie mouillée & ficelée au col du vaisseau, je l'avois plongée dans un grand vase plein d'eau, afin d'être sûr qu'il ne rentrât aucun air dans l'esprit de vin. Au bout de cinq ou six heures, je fus tout surpris de voir que la fiole étoit plus pleine qu'au moment de son immersion, quoiqu'elle le fût alors autant que ses bords pouvoient le permettre ; la vessie qui lui servoit de bouchon, étoit devenue convexe & si tendue, qu’en la piquant avec une épingle, il en sortit un jet de liqueur qui s'éleva à plus d'un pied de hauteur.

    Translation : Before finishing this memoir, I think I should report an event that I owe to chance and which at first seemed to me … strange … I filled [with alcohol] a cylindrical vial, five inches long and about one inch in diameter; and [after] having covered it with piece of damp bladder [which was] tied to the neck of the vial, I immersed it in a large bowl full of water, in order to be sure that no air re-entered the alcohol. At the end of 5 or 6 hours, I was very surprised to see that the vial was fuller than at the moment of its immersion, although it [had been filled] as far as its sides would allow ; the bladder that served as its cap, bulged and had become so stretched that on pricking it with a needle, there came from it a jet of alcohol that rose more than a foot high.
  10. ^ Etymology of "osmosis" :
    • Henri Dutrochet, L'Agent Immédiat du Movement Vital Dévoilé dans sa Nature et dans son Mode d'Action chez les Végétaux et chez les Animaux [The immediate agent of living movement, its nature and mode of action revealed in plants and animals] (Paris, France: Dentu, 1826), pp. 115 and 126.
    • The intermediate word "osmose" and the word "osmotic" were coined by Scottish chemist Thomas Graham. See: Thomas Graham (1854) "VII. The Bakerian Lecture – On Osmotic Force," Philosophical Transactions of the Royal Society (London), vol. 144, pp. 177–288; see especially pp. 177, 178, and 227. See also: Thomas Graham and Henry Watts, Elements of Chemistry: Including the Applications of the Sciences in the Arts, 2nd ed. (London, England: Hippolyte Bailliere, 1858), vol. 2, p. 616.
    • The word "osmosis" first appeared in: Jabez Hogg, The Microscope: Its History, Construction, and Application..., 6th ed. (London, England: George Routledge and Sons, 1867), p. 226.
    • The etymology of the word "osmosis" is discussed in: Homer W. Smith (1960). „I. Theory of Solutions: A knowledge of the laws of solutions”. Circulation. 21 (5): 808—817 (810). PMID 13831991. doi:10.1161/01.CIR.21.5.808  . 
  11. ^ Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.
  12. ^ [1] "Reverzna osmoza", Englesko-hrvatski kemijski rječnik & glosar, www.glossary.periodni.com, 2012.
  13. ^ [2][mrtva veza] "Kondicioniranje vode", www.grad.unizg.hr, 2012.

Literatura uredi

Spoljašnje veze uredi

 
Osmoza na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Осмоза&oldid=27550280”