الضغط الاسموزي هو ميل جزيئات المذيبات إلى التحرك في اتجاه نشاط المذيبات الأقل ، انها تلعب دورا محوريا في علم الأحياء.
الضغط الاسموزي
– عندما يتم فصل الماء السائل النقي عن طريق غشاء ، نفاذا إلى الماء و ليس المذاب ، من محلول يحتوي على مذاب غير متقلب ، و المياه تمر من جانب الماء النقي حتى يكفي ضغط إضافي ( Π هو سبب) أو تطبيقها على الجانب الحل.
– تنتقل المياه من نشاط الماء العالي إلى المنخفض بسبب التناضح ، و إذا سمح لها بذلك ، فإنها تساوي نشاط الماء على جانبي الغشاء. وقد تبين أن معدل هذا التدفق المرتبط بالتناضج يساوي المعدل إذا تم فرض ضغط مماثل و لكن هيدروستاتيكي (في الاتجاه المعاكس).
– الضغط اللازم لإيقاف التدفق الأسموزي هو الضغط الأسموزي ، في هذا التوازن ، تكون ضغوط بخار المحلول و الماء النقي متطابقة ، لاحظ أن الضغط الأسموزي هو خاصية توازن ديناميكي حراري أولا يعطي معلومات عن معدل مرور الماء ، و الذي يعتمد في المقام الأول على خصائص الغشاء.
– يعد الضغط الاسموزي أكثر الخصائص ارتباطًا أهمية بيولوجيًا و يرتبط بخصائص ارتباطية أخرى ، كما أن ذوبان المذاب في مذيب يقلل كل من الجهد الكيميائي و نشاط المذيب في المحلول بالنسبة للإمكانات الكيميائية أو نشاط المذيب النقي.
– الضغط التناضحي ، خفض ضغط البخار ، ارتفاع نقطة الغليان ، انخفاض درجة التجمد ، كلها مقاييس لنفس الإمكانات الكيميائية للمذيب ، والتي لا يجب أن تكون بالماء. يمكن استخدام إما ضغط نقطة التجمد أو الضغط الاسموزي لحساب الآخر.
التناضح و الضغط الاسموزي
– غالبًا ما يوجد خلط بين الأساس المنطقي الديناميكي الحراري والعملية الحركية للتناضح ، و يتصف الديناميكا الحرارية للعملية (على سبيل المثال ، الخاصية المتلازمة) فقط ميل حدوث العملية ولكنها لا تصف الآلية أو معدل تدفق المياه في عملية التناضح ، بصرف النظر عن اتجاهها (الوشيك).
– على هذا النحو ، تمتلك جميع الحلول القدرة على الضغط الأسموزي (ولكن ليس الضغط الأسموزي الفعلي) إذا لم تكن متجاورة مع غشاء نصف نافذ ، أيضا لا يوجد انتفاخ في الغشاء النصف نافذ تحت الضغط الاسموزي ، ولكن قد يكون هناك انتفاخ تحت الضغط الهيدروستاتيكي ؛ الضغط الاسموزي يعمل فقط حول مسام الغشاء النصف نافذ بينما يعمل الضغط الهيدروستاتيكي في جميع أنحاء النظام ، في هذه الطريقة الضغط الأسموزي يختلف عن الضغط الهيدروستاتيكي.
– يتحدد الضغط الاسموزي في التوازن الديناميكي الحراري في مقياس تناضح مماثل للمخطط بدون تدفق صافٍ عبر الغشاء ، بما يتماشى مع الخواص الأخرى المرتبطة (رفع نقطة الغليان ، خفض درجة التجمد) كما هو محدد ، إنه فرق ضغط ، وليس ضغطًا مطلقًا. لا يمكن تحديده بواسطة أي عملية حركية ، و يكون أسفل اليمين يظهر تكوين أنبوب U حيث يتدفق الماء من ذراع الماء النقي إلى ذراع الحل حتى يتم موازنة الضغط الزائد على المحلول في الذراع الأيمن ( ρ ˣ g ˣ h) بالضغط الاسموزي.
الطاقة و كمية المياه
نظرًا لأنه يتطلب مزيدًا من الطاقة لإزالة كمية من الماء من كمية من المذيب قليل النشاط مقارنة بإزالة نفس الكمية من الماء من نفس الحجم من الماء ذي النشاط العالي ، فإن جزيئات الماء التي تترك مقصورة النشاط السفلي للمياه تتطلب طاقة أكبر أنها تسبب في تشكيل المياه حتى أقل نشاط موضعي في أعقابها. لذلك ، يمكن لجزيئات الماء ذات الطاقة الأعلى فقط ترك هذه الحجرة ؛ بالضرورة كمية أقل من السفر في الاتجاه المعاكس. لاحظ أن الاختلاف في النشاط قد يعتمد على الفرق في تركيز الجزيئات والأيونات الذائبة كما تمت مناقشته في الخواص التلازمية الأخرى ، أو قد يكون بسبب أسباب أخرى ، مثل التفاعلات السطحية. غالبًا ما يكون تدفق الماء المقاس أصغر كثيرًا من تدفق المياه النظري نظرًا لاستقطاب التركيز على سطح الغشاء ومقاومة الغشاء ، إلى جانب السماح بالتسرب عبر الغشاء.
التدفق الأسموزي
يتم تدفق الماء من المحلول ذي النشاط المائي العالي (الضغط التناضحي السفلي) باتجاه المحلول ذي النشاط المائي المنخفض (الضغط التناضحي العالي) ، و يعتمد المعدل (الصافي) لتدفق المياه على المعدلات النسبية للتدفق في الاتجاهين المعاكسين ، و هذا بدوره ، سيعتمد على السهولة التي قد تترك بها جزيئات الماء الأجزاء الموجودة على كل جانب من الغشاء ، إذا كانت موجودة (تعتمد على جزء الخلد من المياه “الحرة” (مجمعة) ؛ ونشاط الماء ) ، و السهولة التي يمكن أن تمر عبر هذا الغشاء. على الرغم من أنه ليس من المؤكد أن الموصلية الهيدروليكية متطابقة تحت الضغط الهيدروستاتيكي (P) والضغط الاسموزي ( Π ) ، فإن تدفق الحجم (F ، L ˣ m -2 ˣ s -1غالبًا ما يقال يعتمد على الموصلية الهيدروليكية (H ، L ˣ N -1 ˣ s -1 ) للغشاء.
الضغط الاسموزي
– عندما يتم فصل الماء السائل النقي عن طريق غشاء ، نفاذا إلى الماء و ليس المذاب ، من محلول يحتوي على مذاب غير متقلب ، و المياه تمر من جانب الماء النقي حتى يكفي ضغط إضافي ( Π هو سبب) أو تطبيقها على الجانب الحل.
– تنتقل المياه من نشاط الماء العالي إلى المنخفض بسبب التناضح ، و إذا سمح لها بذلك ، فإنها تساوي نشاط الماء على جانبي الغشاء. وقد تبين أن معدل هذا التدفق المرتبط بالتناضج يساوي المعدل إذا تم فرض ضغط مماثل و لكن هيدروستاتيكي (في الاتجاه المعاكس).
– الضغط اللازم لإيقاف التدفق الأسموزي هو الضغط الأسموزي ، في هذا التوازن ، تكون ضغوط بخار المحلول و الماء النقي متطابقة ، لاحظ أن الضغط الأسموزي هو خاصية توازن ديناميكي حراري أولا يعطي معلومات عن معدل مرور الماء ، و الذي يعتمد في المقام الأول على خصائص الغشاء.
– يعد الضغط الاسموزي أكثر الخصائص ارتباطًا أهمية بيولوجيًا و يرتبط بخصائص ارتباطية أخرى ، كما أن ذوبان المذاب في مذيب يقلل كل من الجهد الكيميائي و نشاط المذيب في المحلول بالنسبة للإمكانات الكيميائية أو نشاط المذيب النقي.
– الضغط التناضحي ، خفض ضغط البخار ، ارتفاع نقطة الغليان ، انخفاض درجة التجمد ، كلها مقاييس لنفس الإمكانات الكيميائية للمذيب ، والتي لا يجب أن تكون بالماء. يمكن استخدام إما ضغط نقطة التجمد أو الضغط الاسموزي لحساب الآخر.
التناضح و الضغط الاسموزي
– غالبًا ما يوجد خلط بين الأساس المنطقي الديناميكي الحراري والعملية الحركية للتناضح ، و يتصف الديناميكا الحرارية للعملية (على سبيل المثال ، الخاصية المتلازمة) فقط ميل حدوث العملية ولكنها لا تصف الآلية أو معدل تدفق المياه في عملية التناضح ، بصرف النظر عن اتجاهها (الوشيك).
– على هذا النحو ، تمتلك جميع الحلول القدرة على الضغط الأسموزي (ولكن ليس الضغط الأسموزي الفعلي) إذا لم تكن متجاورة مع غشاء نصف نافذ ، أيضا لا يوجد انتفاخ في الغشاء النصف نافذ تحت الضغط الاسموزي ، ولكن قد يكون هناك انتفاخ تحت الضغط الهيدروستاتيكي ؛ الضغط الاسموزي يعمل فقط حول مسام الغشاء النصف نافذ بينما يعمل الضغط الهيدروستاتيكي في جميع أنحاء النظام ، في هذه الطريقة الضغط الأسموزي يختلف عن الضغط الهيدروستاتيكي.
– يتحدد الضغط الاسموزي في التوازن الديناميكي الحراري في مقياس تناضح مماثل للمخطط بدون تدفق صافٍ عبر الغشاء ، بما يتماشى مع الخواص الأخرى المرتبطة (رفع نقطة الغليان ، خفض درجة التجمد) كما هو محدد ، إنه فرق ضغط ، وليس ضغطًا مطلقًا. لا يمكن تحديده بواسطة أي عملية حركية ، و يكون أسفل اليمين يظهر تكوين أنبوب U حيث يتدفق الماء من ذراع الماء النقي إلى ذراع الحل حتى يتم موازنة الضغط الزائد على المحلول في الذراع الأيمن ( ρ ˣ g ˣ h) بالضغط الاسموزي.
الطاقة و كمية المياه
نظرًا لأنه يتطلب مزيدًا من الطاقة لإزالة كمية من الماء من كمية من المذيب قليل النشاط مقارنة بإزالة نفس الكمية من الماء من نفس الحجم من الماء ذي النشاط العالي ، فإن جزيئات الماء التي تترك مقصورة النشاط السفلي للمياه تتطلب طاقة أكبر أنها تسبب في تشكيل المياه حتى أقل نشاط موضعي في أعقابها. لذلك ، يمكن لجزيئات الماء ذات الطاقة الأعلى فقط ترك هذه الحجرة ؛ بالضرورة كمية أقل من السفر في الاتجاه المعاكس. لاحظ أن الاختلاف في النشاط قد يعتمد على الفرق في تركيز الجزيئات والأيونات الذائبة كما تمت مناقشته في الخواص التلازمية الأخرى ، أو قد يكون بسبب أسباب أخرى ، مثل التفاعلات السطحية. غالبًا ما يكون تدفق الماء المقاس أصغر كثيرًا من تدفق المياه النظري نظرًا لاستقطاب التركيز على سطح الغشاء ومقاومة الغشاء ، إلى جانب السماح بالتسرب عبر الغشاء.
التدفق الأسموزي
يتم تدفق الماء من المحلول ذي النشاط المائي العالي (الضغط التناضحي السفلي) باتجاه المحلول ذي النشاط المائي المنخفض (الضغط التناضحي العالي) ، و يعتمد المعدل (الصافي) لتدفق المياه على المعدلات النسبية للتدفق في الاتجاهين المعاكسين ، و هذا بدوره ، سيعتمد على السهولة التي قد تترك بها جزيئات الماء الأجزاء الموجودة على كل جانب من الغشاء ، إذا كانت موجودة (تعتمد على جزء الخلد من المياه “الحرة” (مجمعة) ؛ ونشاط الماء ) ، و السهولة التي يمكن أن تمر عبر هذا الغشاء. على الرغم من أنه ليس من المؤكد أن الموصلية الهيدروليكية متطابقة تحت الضغط الهيدروستاتيكي (P) والضغط الاسموزي ( Π ) ، فإن تدفق الحجم (F ، L ˣ m -2 ˣ s -1غالبًا ما يقال يعتمد على الموصلية الهيدروليكية (H ، L ˣ N -1 ˣ s -1 ) للغشاء.
