اسمز (Osmosis)

اسمز (همچنین ایالات متحده) به جابجایی خالص ذاتی مولکول‌های حلال در یک غشای تراوا انتخابی، که از ناحیه‌ای با پتانسیل آب بالا (که با غلظت املاح کمتر مشخص می‌شود) به ناحیه‌ای با پتانسیل آب کاهش‌یافته (دارای غلظت بالاتر) اشاره دارد. این حرکت با هدف متعادل کردن غلظت املاح در دو طرف غشا انجام می شود. روش دیگر، می‌تواند یک فرآیند فیزیکی را مشخص کند که در آن هر حلالی از یک غشای تراوا انتخابی (که برای حلال نفوذپذیر است، اما نه املاح) عبور می‌کند و دو محلول با غلظت‌های متفاوت را از هم جدا می‌کند. اسمز قادر به انجام کار است. فشار اسمزی به عنوان نیروی خارجی لازم برای جلوگیری از حرکت خالص حلال در سراسر غشاء مشخص می شود. این فشار یک خاصیت جمعی است که نشان دهنده وابستگی آن به غلظت مولی املاح به جای هویت خاص آن است. انتقال اسمزی توسط جریان چسبناک حلال تحت گرادیان فشار تسهیل می شود.

اسموز (، US همچنین ) حرکت خالص خود به خودی مولکول های حلال از طریق یک غشای انتخابی نفوذپذیر از ناحیه ای با پتانسیل آب بالا (منطقه ای با غلظت املاح کمتر) به منطقه ای با پتانسیل آب کم (منطقه ای با غلظت بالاتر در سمت غلظت املاح) است. همچنین ممکن است برای توصیف یک فرآیند فیزیکی استفاده شود که در آن هر حلالی در یک غشای تراوا انتخابی (قابل نفوذ به حلال، اما نه املاح) حرکت می کند و دو محلول با غلظت های مختلف را از هم جدا می کند. اسمز را می توان برای انجام کار ساخت. فشار اسمزی به عنوان فشار خارجی مورد نیاز برای جلوگیری از حرکت خالص حلال در سراسر غشا تعریف می شود. فشار اسمزی یک ویژگی جمعی است، به این معنی که فشار اسمزی به غلظت مولی املاح بستگی دارد اما به هویت آن بستگی ندارد. انتقال اسمزی از طریق جریان چسبناک حلال تحت گرادیان فشار انجام می‌شود.

اسمز مکانیزم مهمی را در سیستم‌های بیولوژیکی نشان می‌دهد، در درجه اول به این دلیل که غشاهای بیولوژیکی نیمه‌تراواپذیری از خود نشان می‌دهند. به طور کلی، این غشاها توسط ساختارهای مولکولی قابل توجه و قطبی مانند یون ها، پروتئین ها و پلی ساکاریدها غیر قابل نفوذ هستند. برعکس، آنها برای ترکیبات غیرقطبی یا آبگریز مانند لیپیدها، در کنار مولکول های کوچک از جمله اکسیژن، دی اکسید کربن، نیتروژن و اکسید نیتریک، مجاز هستند. نفوذپذیری به حلالیت، بار الکتریکی، خواص شیمیایی و ابعاد املاح بستگی دارد. مولکول‌های آب غشای پلاسما، غشای تونوپلاست (واکوئل)، یا غشای اندامک‌ها را از طریق آکواپورین‌ها در سراسر لایه فسفولیپیدی طی می‌کنند و از مکانیزم جریان منافذ انتخابی استفاده می‌کنند. اسمز روش اصلی انتقال آب به داخل و خارج سلول ها است. فشار تورگر درون سلول عمدتاً از طریق فرآیندهای اسمزی که در سراسر غشای سلولی، بین فضای داخلی سلولی و محیط نسبتا هیپوتونیک آن اتفاق می‌افتد، حفظ می‌شود.

تاریخچه

مثلاً در زمینه‌های مربوط به ساخت اهرام مصر، شواهدی از پدیده‌های اسمزی از دوران باستان مشاهده شده است. ژان آنتوان نوله مشاهدات مستند اولیه اسمز را در سال 1748 ارائه کرد. اصطلاح "اسموز" از کلمات "endosmose" و "exosmose" که توسط پزشک فرانسوی René Joachim Henri Dutrochet (1776-1847) از واژه‌های یونانی ()dowinth () فرموله شد، سرچشمه می‌گیرد. ἔξω (éxō «بیرونی، خارجی»)، و ὠσμός (ōsmós «فشار، ضربه»). در سال 1867، Moritz Traube غشاهای بارشی بسیار انتخابی را توسعه داد، در نتیجه روش‌شناسی و دقت اندازه‌گیری جریان اسمزی را افزایش داد.

توضیح

اسمز به انتقال یک حلال در یک غشای نیمه تراوا در جهت غلظت املاح بیشتر اشاره دارد. در زمینه های بیولوژیکی، حلال مشخصاً آب است، اما اسمز در مایعات جایگزین، مایعات فوق بحرانی و حتی گازها نیز قابل مشاهده است.

وقتی یک سلول در یک محیط آبی غوطه ور می شود، مولکول های آب غشای سلولی را از ناحیه ای که با غلظت املاح کمتر مشخص می شود به ناحیه ای با غلظت املاح بالاتر عبور می کنند. به طور مثال، هنگامی که یک سلول در محلول شور غوطه ور می شود، مولکول های آب از داخل سلول خارج می شوند. برعکس، اگر یک سلول در آب شیرین غوطه ور شود، مولکول های آب به داخل سلول نفوذ می کنند.

وقتی غشاء حجم های یکسانی از آب خالص را در طرف مقابل جدا می کند، مولکول های آب با سرعتی معادل به صورت دو طرفه جابه جا می شوند. در نتیجه، انتقال خالص آب از طریق غشا وجود ندارد.

اسمز زمانی قابل مشاهده است که برش های سیب زمینی به محلولی با غلظت نمک بالا وارد می شود. آب از داخل سیب زمینی به محلول اطراف مهاجرت می کند و در نتیجه انقباض سلولی و کاهش فشار تورگ را به همراه دارد. ارتباط مستقیمی بین غلظت محلول نمک و میزان کاهش ابعاد و جرم برش سیب زمینی وجود دارد.

باغ های شیمیایی پدیده اسمزی را در حوزه شیمی معدنی نشان می دهند.

مکانیسم

مکانیسم اساسی که اسمز را هدایت می‌کند، به‌عنوان رقیق شدن آب توسط املاح (که منجر به کاهش غلظت آب در سمت غلظت املاح بالاتر غشاء می‌شود و در نتیجه باعث انتشار آب به پایین گرادیان غلظت می‌شود) یا به‌عنوان نتیجه‌ای از قابلیت دسترسی مجدد به آب برای املاح (که منجر به کاهش غلظت آب در سمت غلظت املاح بالاتر غشاء می‌شود) در معرض سوء تعبیر است. در سمت غلظت املاح بالاتر غشاء و در نتیجه باعث انتقال خالص آب به سمت املاح می شود). با این حال، هر دوی این مفهوم‌سازی‌ها به طور قطعی رد شده‌اند.

مدل انتشار اسمز غیرقابل دفاع در نظر گرفته می‌شود زیرا اسمز می‌تواند حرکت آب را در سراسر غشاء به سمت ناحیه‌ای با غلظت آب بالاتر تسهیل کند. به طور مشابه، مدل "آب محدود" با مشاهده اینکه اسمز مستقل از اندازه مولکول املاح - مشخصه ویژگی های جمعی - و آب دوستی آنها عمل می کند، رد می شود.

توصیف اسمز به طور دقیق نیاز به یک مکانیکی یا ترمودینامیکی دارد، زیرا این امر اساساً شامل فشار متقابل ماده متضاد یک املاح است. در غیر این صورت مولکول ها اعمال می کنند. قابل توجه است که گرمای محیط می تواند به انرژی مکانیکی مانند بالا آمدن آب تبدیل شود. در نتیجه، انتقال حلال اسمزی به‌عنوان یک پدیده تحت فشار توصیف می‌شود، نه یک فرآیند انتشار مولکولی تصادفی.

توضیحات ترمودینامیکی متعددی به مفهوم پتانسیل شیمیایی می‌پردازند و توضیح می‌دهند که چگونه رفتار آب در یک محلول از رفتار آب خالص منحرف می‌شود. این واگرایی ناشی از افزایش فشار و حضور املاح است که در مجموع با تغییرات مقابله می کنند و در نتیجه پتانسیل شیمیایی ثابتی را حفظ می کنند. قضیه ویروسی نشان می‌دهد که جاذبه بین مولکولی بین مولکول‌های آب و املاح، فشار کلی را کاهش می‌دهد. در نتیجه، فشاری که مولکول‌های آب روی یکدیگر در یک محلول وارد می‌کنند، کمتر از آب خالص است، و آب خالص را قادر می‌سازد تا زمانی که تعادل فشار حاصل شود، به داخل محلول حرکت کند.

اهمیت بیولوژیکی

فشار اسمزی به عنوان مکانیسم اصلی حمایت ساختاری در گونه‌های گیاهی متعدد عمل می‌کند. هجوم اسمزی آب باعث افزایش فشار تورگور اعمال شده علیه دیواره سلولی می شود تا زمانی که با فشار اسمزی تعادل پیدا کند و در نتیجه حالت ثابتی ایجاد می شود.

وقتی یک سلول گیاهی در محلول هیپرتونیک به سیتوپلاسم خود غوطه ور می شود، آب از سلول خارج می شود و باعث ریزش آن می شود. این فرآیند سلول را شل تبدیل می کند. در موارد شدید، سلول تحت پلاسمولیز قرار می‌گیرد، جایی که غشای سلولی به دلیل فشار ناکافی آب داخلی از دیواره سلولی جدا می‌شود.

برعکس، وقتی سلول گیاهی در محلولی هیپوتونیک به سیتوپلاسم خود قرار می‌گیرد، آب وارد سلول می‌شود و منجر به انبساط آن می‌شود و منجر به حالت tur می‌شود.

اسمز همچنین در سلول‌های انسان بسیار مهم است، جایی که واسطه انتقال آب از طریق غشای سلولی است. این مکانیسم برای حفظ هیدراتاسیون سلولی مناسب، با توجه به حساسیت سلول ها به کم آبی و هیدراتاسیون بیش از حد ضروری است. در درون سلول های انسانی، اسمز برای تنظیم تعادل آب و املاح اساسی است و در نتیجه عملکرد سلولی بهینه را تضمین می کند. اختلال در فشار اسمزی می‌تواند اختلال عملکرد سلولی را تسریع کند و بر نقش حیاتی اسمز در حفظ سلامت و یکپارچگی ساختاری سلول‌های انسانی تأکید کند.

در شرایط محیطی خاص، اسمز می‌تواند برای ارگانیسم‌ها مضر باشد. به عنوان مثال، ماهی های آکواریومی آب شیرین و آب شور اگر به آب هایی با شوری نامناسب وارد شوند، به سرعت از بین می روند. اثر اسمزی کشنده نمک سفره بر روی زالو و راب، تصویر دیگری از این که چگونه اسمز می تواند به موجودات زنده آسیب برساند ارائه می دهد.

سناریویی را در نظر بگیرید که در آن یک سلول حیوانی یا گیاهی در محلول آبی حاوی شکر یا نمک غوطه ور می شود.