Օսմոսային ճնշում

Օսմոտիկ ճնշում այն ուժն է, որով պայմանավորված է օսմոսը և որը ազդում է կիսաթափանց թաղանթի միավոր մակերեսի վրա։ Օսմոտիկ ճնշումը (π)ˋ դա այն ճնշումն է, որն անհրաժեշտ է գործարկել թաղանթի վրա, նրա միջոցով լուծիչի ինքնակամ հոսքը կանգնեցնելու և լուծույթ ու լուծիչը իրար հետ հավասարակշության մեջ պահելու համար։ Հայտնաբերվել է 1748 թվականին։

Էրիթրոցիտների փոխազդեցությունը լուծույթներում, կապված իրենց օսմոտիկ ճնշմամբ

Թաղանթով անցնելու լուծիչի ունակությունը քանակապես բնորոշվում է օսմոտիկ ճևշմամբ։ Եթե թաղանթը թափանցելի է նաև լուծված նյութի համար, ապա այն շարժվում է լուծիչի շարժմանը հակառակ ուղղությամբ՝ լուծույթից լուծիչ

Որպես կիսաթափանց թաղանթ կարող են ծառայել կենդանական և բուսական շատ նյութեր, օրինակ, միզապարկը, աղիքները, պրոտոպլազման։ Կարելի է պատրաստել նաև արհեսատական թաղանթներ կոլոիդումից, ժելատինից, ցելոֆանից և այլն։ Կախված թաղանթի բնույթից օսմոտիկ մեխանիզմը, կարող է լինել տարբեր` մի դեպքում թաղանթի թաղանթի միջով անցնում են այն նյութերը, որոնք նրա մեջ լուծվում են, մյուս դեպքում լուծիչի մոլեկոլները փոխազդում են թաղանթի հետ, առաջացնելով միջանկյալ հեշտ քայքայվող միացություններ։ Հնարավոր է նաև, որ լուծված նյութի մոլեկուլների համար թաղանթը ուղղակի ծակոտկեն միջնորմ հանդիսանա։

Սովորական անոթներումˋ անոթի պատերի վրա օսմոտիկ ճնշում չի առաջանում, բացի հիդրոստատիկ ճնշումից։

Տեսություն

Օսմոտիկ ճնշման չափումը առաջին անգամ կատարել է Պֆեյֆերը 1877 թվականին, իսկ երևույթն առաջին անգամ քանակապես նկարագրել է Վանտ-Հոֆը 1886 թվականին։ Նրանց կողմից հաստատվել է, որ օսմոտիկ ճնշումը ուղիղ համեմատական է լուծույթի կոնցենտրացիային և ջերմաստիճանին։

${~\pi \sim CT}$

Նա հաստատեց, որ նոսր լուծույթների դեպքում օսմոսը ենթարկվում է իդիալական գազերի օրինաչափություններին։ Պարզ է դառնում, որն ոչ էլեկտրոլիտների համար ${i=1}$, էլեկտրոլիտների համար՝ ${i>1}$, իսկ լուծույթի ստացման դեպքում՝ ${i<1}$: Էլեկտրոլիտների լուծույթների համար օսմոտիկ ճնշումը ունի հետևյալ արտահայտությունը․

${P={\frac {n}{V}}\cdot {RT}}$

Իսկ եթե ${P}$-ն փոխարինենք ${\pi }$-ով, և ${\frac {n}{V}}$-ի փոխարեն տեղադրենք մոլյար կոնցենտրացիան, կստանանք.

$\pi =R\cdot T\cdot C$

Պարզ է, որ միևնույն մոլյար կոնցենտրացիա ունեցող տարբեր լուծույթները, եթե նրանցում ասոցում կամ դիսոցում տեղի չի ունենում, կունենա նույն օսմոտիկ ճնշումը։ Այդպիսի լուծույթները կոչվում են իզոտոնիկ լուծույթներ։

Օսմոտիկ ճնշումը չափվում է մթնոլորտներով։ Այն կարելի է որոշել կրիոմետրական եղանակով, ըստ հետևյալ բանաձևի․

$~\pi =3,1415\cdot {\frac {\Delta T_{hal}}{\Delta T_{mol}}}$

Որտեղ 22,4-ը՝ մեկ մոլյարանոց չդիսոցվող լուծույթի օսմոտիկ ճնշումն է 0 °C-ում։ ${\Delta T_{hal}}$ լուծույթի սառեցման կետի դիտված ցածրացումն է, ${\Delta T_{mol}}$՝ մոլյար դիսպերսիան է, այսինքն՝ սառեցման ջերմաստիճանը, որը ստացվում է 1000 գ լուծույթում 1 մոլ նյութ լուծելիս։

Նշանակություն

Օոմոտիկ ճնշումը մեծ նշանակություն ունի բույսերի և կենդանիների կյանքի համար։ Այսպիսի երևույթներ, ինչպիսիքբ են արմատներով հողից լուծույթի ընդունումը բույսերի կողմից, բուսական հյութերի շարժումը բույսերի ցողուններում, որոշ նյութերի արտադրումը բույսերի կողմից, սննդանյութերի ընդունեումը կենդանիների կողմից, արյան շրջանատությունը և այլն պայմանավորված շեն օսմոտիկ ճնշմամբ։

Մարդն աղի սնունդ ընդունելիս, նրա օսմոտիկ ճնշումը մեծանում է և առաջանում է ծարավի զգացում։ Այդ դեպքում ջուրը խմելու ժամանակ, օրգանիզմի օսմոտիկ ճնշումը կարգավորվում է։

Եթե լուծույթում տեղի է ունենում լուծված նյութի ասոցում, ապա մասնիկների թիվը պակասում է, որի հետևանքով օսմոտիկ ճնշումը նվազում է։ Եթե լուծված նյութը էլեկտրոլիտ է, ապա դիսոցման հետևանքով լուծույթում մասնիկների թիվը մեծանում է և օսմոտիկ ճնշումը ավելի մեծ է ստացվում։

Հետևաբար պետք է տարբերել տեսականորեն հաշված և փորձով դիտված օսմոտիկ ճնշումները, ինչպես նաև մոլեկուլային կշիռները։ Դիտված և տեսականորեն հաշված արդյունքների հարաբերությունը կոչվում է իզոտոնիկ կամ Վանտ-Հոֆի գործակից (i)`

Պարզ է դառնում, որն ոչ էլեկտրոլիտների համար ${i=1}$, էլեկտրոլիտների համար՝ ${i>1}$, իսկ լուծույթի ստացման դեպքում՝ ${i<1}$ Էլեկտրոլիտների լուծույթների համար օսմոտիկ ճնշումը ունի հետևյալ արտահայտությունը․

$\pi =I\cdot R\cdot T\cdot C$

Թույլ էլեկտրոլիտների դեպքում իզոտոնիկ գործակիցը հաշվում են

${I=1+\alpha (\nu -1)}$

բանաձևով, որտեց ${\alpha }$-ն դիսոցման աստիճանն է, ${\nu }$-ն դիսոցումից հետո ստացված մասնիկների թիվը:

Իզոտոնիկ գործակցի և դիսոցումից ստացված մասնիկների թվի հարաբերությունը կոչվում է օսմոտիկական գործակից (g), որը հանդիսանում է տվյալ ռեալ լուծույթի իդիալական լուծույթից շեղման չափանիշ, երբ դիսոցումը կատարվում է լրիվ և իոններ իրար հետ չեն փոխազդում: Իրական լուծույթների օսմոտիկ ճնշումը (π′) ավելի մեծ է, քան իդեալական լուծույթինը (π″)։

${{\frac {\pi '}{\pi ''}}=g}$

Լուծույթի նոսրացման զուգընթաց օսմոտիկական գործակիցը ձգտում է մեկի։ Միևնույն օսմոտիկ ճնշում ունեցող լուծույթները կոչվում են իգոտոնիկ կամ իզոօսմոտիկ (արյանը փոխարինող և ֆիզիոլոգիական լուծույթները պետք է իգոտոնիկ լինեն օրգանիզմի ներքին հեղուկներին)։ Օսմոտիկ չափում են օսմոմետրերով՝ վիճակագրական և դինամիկական եղանակներով։

• Առաջին դեպքում չափում են կիսաթափանցիկ թաղանթով (ցելոֆան, բնական և սինթետիկ պոլիմերներ, ծակոտկեն խեցիներ, ապակի և այլն) հաղորդակցվող անոթներում հեղուկի սյուների բարձրությունների աարբերությունր (АН) հավասարակշռություն ստեղծվելուց հետո։

Փոփոխություն

Օսմոտիկ ճնշման փոփոխությունն ընկալվում է օսմոընկալիչներով, որոնցում առաջացած ազդակները փոխանցվում են նյարդային կենտրոններին, իսկ վերջիններս կարգավորում են ջրի և աղերի փոխանակությունը, դրանց արտազատումր օսմոկարգավորիչ օրգաններով՝ նեֆրիդներով, երիկամներով, քրտնագեղձերով։

Արյան բջիջներում օսմոտիկ ճնշումը բարձրանալիս նույն չափով այնտեղ աճում է նաև օրգանական նյութերի (հատկապես ամինաթթուների) կոնցենտրացիան, նյութեր, որոնց համար բջջաթաղանթը թույլ թափանցելի է։ Դրանով բջջում աղերի և ջրի պարունակությունը չի փոփոխվում, օսմոտիկ ճնշումը հավասարվում է օսմոտիկորեն ակտիվ նյութերի կուտակման հաշվին։

Տես նաև

• Օսմոս
• Դիֆուզիոն ճնշում
• Օնկոտիկ ճնշում
• Դիալիզ

Գրականություն

• Ֆիզիկական և կոլոիդային քիմիա, Ս. Կ. Գրիգորյան
• Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: Учебное пособие для вузов — Москва: Высшая школа, 1989. — с. 113

Արտաքին հղումներ

• Osmotic pressure and potential
• Osmotic pressure
• Nobel Prize lecture on osmotic pressure and chemical equilibrium (pdf)