Định nghĩa thẩm thấu
Thẩm thấu là sự đi qua tự phát của một dung môi (mà trong các hệ thống sinh học thường là nước), từ dung dịch trong đó các chất hòa tan được pha loãng hơn đến đó chúng tập trung hơn; chuyển động này - xảy ra thông qua màng bán định - tiếp tục cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng, trong đó cả hai giải pháp đều đạt được và duy trì cùng một nồng độ.
Ví dụ thực tế
Để làm rõ hơn về khái niệm thẩm thấu, chúng ta tưởng tượng có một bình được chia thành hai ngăn có thể tích bằng nhau (A và B) bằng một màng bán định (nghĩa là chỉ thấm vào dung môi - trong trường hợp này là nước - chứ không phải cho chất tan). Trong ngăn A có một dung dịch nước trong đó một thìa glucose đã được hòa tan, trong khi ở phần B, chúng ta có một dung dịch nước có thể tích bằng nhau, trong đó ba muỗng glucose đã được hòa tan (do đó cô đặc hơn). Sự khác biệt này tạo ra một gradient nồng độ cho glucose ở hai bên của màng và, vì đường này không thể vượt qua nó, nên cân bằng đạt được với dòng nước từ ngăn A (nơi glucose được pha loãng hơn) về phía ngăn B (nơi nó phong phú hơn). Nếu bạn thích, bạn cũng có thể nói rằng nước đi qua thẩm thấu từ dung dịch mà nó đậm đặc hơn (A) đến nước trong đó trong một biện pháp nhỏ hơn (B).
Theo dòng chảy này, mực nước trong B tăng và giảm ở A, tạo ra sự khác biệt nhất định về mức giữa hai. Hiện tượng này kết thúc khi hai dung dịch đạt cùng nồng độ, giữ cho nó không đổi.
Các giải pháp Hypotonic, đẳng trương và hypertonic
Bằng cách lấy hai dung dịch có nồng độ mol khác nhau (số lượng hạt khác nhau hòa tan trong chúng), dung dịch có nồng độ mol và hypertonic thấp hơn là nồng độ cao nhất. Hai giải pháp thay vào đó là đẳng hướng (hoặc đẳng thức) khi chúng có cùng nồng độ.
Trong ví dụ vừa thực hiện, dung dịch B là hypertonic (do đó nó chứa nhiều chất hòa tan hơn so với loại khác (được định nghĩa là hypotonic); do đó, trong điều kiện bình thường, dung môi di chuyển bằng thẩm thấu từ hypotonic sang dung dịch hypertonic. Chúng tôi đã nói về các điều kiện tiêu chuẩn bởi vì, bằng cách chơi với các định luật vật lý, có thể đảo ngược khái niệm thẩm thấu và ủng hộ việc truyền dung môi từ nồng độ pha loãng hơn sang nồng độ đậm đặc hơn (thẩm thấu ngược).
Áp suất thẩm thấu và thẩm thấu ngược
Theo như thể hiện cho đến nay, dòng chảy ròng của dung môi - được tạo ra bởi thẩm thấu - tiếp tục cho đến khi hai dung dịch đạt được cùng một nồng độ. Vâng, chuyển động này có thể được chống lại, dừng lại, hoặc thậm chí đảo ngược bằng cách áp lực vào khoang với nồng độ cao nhất.
Trong ví dụ trước, đủ để đặt một pít-tông vào ngăn B (mà chúng ta nhớ có nồng độ cao hơn) và đẩy nó xuống với một lực nhất định, để thuận lợi cho dòng nước chảy về phía A; trong trường hợp này chúng ta nói về thẩm thấu ngược.
Áp suất thẩm thấu là áp suất chính xác chống lại sự đi qua của dung môi qua màng bán định lượng; do đó, nó là áp lực cần thiết để chống lại sự thẩm thấu.
Như đã đề cập cho đến nay, hai dung dịch đồng vị tự hào có cùng áp suất thẩm thấu; do đó, gạch chân, do đó, áp suất thẩm thấu phụ thuộc hoàn toàn vào số lượng hạt có trong dung dịch chứ không phụ thuộc vào bản chất của chúng.
Thẩm thấu và cơ thể con người
Trên thực tế, màng plasma bao quanh các tế bào của cơ thể người là màng bán thấm, cho phép sự đi qua trực tiếp, bằng thẩm thấu của các phân tử nhỏ (như nước và urê), nhưng không phải là các phân tử có trọng lượng phân tử cao hơn (như protein, axit amin và đường). Do đó, sự cân bằng thẩm thấu trong chất lỏng cơ thể là rất cần thiết để đảm bảo các tế bào là một môi trường tối ưu để sống.
Nếu chúng ta lấy một tế bào như tế bào hồng cầu và ngâm nó vào dung dịch hypotonic, thì điều này - do thẩm thấu - bị sưng (do sự xâm nhập của nước), thậm chí có thể khiến nó phát nổ. Ngược lại, nếu ngâm trong dung dịch ưu trương, tế bào trải qua, do dòng nước chảy ra bên ngoài, mất nước nghiêm trọng khiến nó co lại. May mắn thay, trong cơ thể người, các tế bào được ngâm trong dung dịch đẳng trương đối với môi trường bên trong của chúng, và có nhiều hệ thống khác nhau để giữ các chất lỏng này ở trạng thái cân bằng thẩm thấu.
Áp suất thẩm thấu và bảo quản thực phẩm
Chúng tôi nghĩ rằng trong một khoảnh khắc về một loại mứt tự làm ... đường được thêm vào không chỉ để cải thiện hương vị của nó, mà còn và trên hết là để tăng thời hạn sử dụng của nó. Tuy nhiên, đường là một yếu tố quan trọng đối với sự sống của nhiều vi sinh vật liên quan đến sự xuống cấp của sản phẩm. Mâu thuẫn rõ ràng này được phân tách bằng chính khái niệm thẩm thấu.
