Opredelitev osmoze
Osmoza je spontani prehod topila (ki je v bioloških sistemih običajno voda), iz raztopine, v kateri so topljene snovi bolj razredčene, do tiste, v kateri so bolj koncentrirane; to gibanje - ki se pojavi skozi polprepustno membrano - se nadaljuje, dokler ni doseženo ravnovesno stanje, v katerem obe raztopini pridobivata in vzdržujeta enako koncentracijo.
Praktični primer
Da bi bolje pojasnili pojem osmoze, si predstavljajmo, da imamo posodo, razdeljeno na dva predela enake prostornine (A in B) s polprepustno membrano (torej prepustno samo za topilo - v tem primeru vodo - in ne za v oddelku A je vodna raztopina, v kateri je bila raztopljena žlica glukoze, v delu B pa vodna raztopina enakega volumna, v kateri so bile raztopljene tri žlice glukoze (zato je bolj koncentrirana). razlika ustvarja gradient koncentracije glukoze na straneh membrane in ker ta sladkor ne more prečkati, se ravnovesje doseže s prehodom vode iz oddelka A (kjer je glukoza bolj razredčena) proti predelku B (kjer ga je več ). Če želite, lahko rečemo tudi, da voda prehaja z osmozo iz raztopine, v kateri je bolj koncentrirana (A), v tisto, v kateri je manj koncentrirana (B).
Po tem toku se raven vode v B povečuje in zmanjšuje v A, kar ustvarja določeno razliko v nivoju med tema dvema. Ta pojav se konča, ko dve raztopini dosežeta isto koncentracijo in jo nato ohranimo konstantno.
Hipotonične, izotonične in hipertonične raztopine
Če vzamemo dve raztopini z različno molarno koncentracijo (različno število delcev, raztopljenih v njih), je raztopina z najnižjo molarno koncentracijo opredeljena kot hipotonična, bolj koncentrirana pa je hipertonična. Dve raztopini sta namesto izotonične (ali ekvimolarne), če imata enako koncentracijo.
V pravkar narejenem primeru je raztopina B hipertonična (zato vsebuje več topljenih snovi) kot druga (opredeljena kot hipotonična); zato se v normalnih pogojih topilo premakne z osmozo iz hipotonične v hipertonično raztopino. Govorili smo o standardnih pogojih, ker je ob igranju s fizikalnimi zakoni mogoče prevrniti sam koncept osmoze in spodbuditi prehod topila iz najbolj razredčene koncentracije v najbolj koncentrirano (obratna osmoza).
Osmotski tlak in reverzna osmoza
Kot je bilo do sedaj izraženo, se neto tok topila, ki nastane z osmozo, nadaljuje, dokler obe raztopini ne dosežeta iste koncentracije.No, temu gibanju je mogoče preprečiti, ustaviti ali celo obrniti pritisk na predel z najvišjo koncentracijo.
V prejšnjem primeru zadošča, da v oddelek B (za katerega se spomnimo, da ima večjo koncentracijo) postavite bat in ga z določeno silo potisnete navzdol, da olajšate prehod vode proti A; v tem primeru govorimo o obratnem osmoza.
Osmotski tlak je tlak, ki natančno nasprotuje prehodu topila skozi polprepustno membrano; posledično je pritisk potreben za preprečevanje osmoze.
Za doslej povedano imata dve izotonični raztopini enak osmotski tlak; zato je treba poudariti, da je osmotski tlak odvisen izključno od števila delcev v raztopini in ne od njihove narave.
Osmoza in človeško telo
Plazemske membrane, ki obdajajo celice človeškega telesa, so v resnici polprepustne membrane, ki omogočajo neposreden prehod majhnih molekul (kot sta voda in sečnina) skozi osmozo, ne pa tistih z večjo molekulsko maso ( kot so beljakovine, aminokisline in sladkorji). Osmotsko ravnovesje v telesnih tekočinah je zato bistveno, da celicam zagotovimo optimalno okolje za življenje.
Če vzamemo celico, kot je rdeča krvna celica, in jo potopimo v hipotonično raztopino, ta - zaradi osmoze - nabrekne (nastane zaradi vstopa vode), zaradi česar lahko celo eksplodira. Nasprotno, če jo potopimo v hipertonična raztopina, ki jo celica doživi zaradi prehoda vode navzven, zaradi hude dehidracije, zaradi katere se naguba. Na srečo so celice v človeškem telesu potopljene v izotonične raztopine glede na njihovo notranje okolje in obstajajo različni sistemi za ohranjanje teh tekočin v osmotskem ravnovesju.
Osmotski tlak in shranjevanje hrane
Pomislimo za trenutek na domačo marmelado ... sladkorja dodamo v izobilju ne le za izboljšanje okusa, ampak tudi predvsem za povečanje roka uporabnosti. Kljub temu je sladkor pomemben element v življenju mnogih mikroorganizmov, ki sodelujejo pri razgradnji izdelka. To navidezno protislovje odpravlja sam koncept osmoze.
