Osmosas yra procesas, vykstantis tarp dviejų konteinerių, atskirtų pusiau laidžiu barjeru. Jei barjeras turi pakankamai dideles poras, kad galėtų praeiti vandens molekulės, bet pakankamai mažas, kad užblokuotų a molekules ištirpusios medžiagos, vanduo tekės iš šono, kuriame yra mažesnė ištirpusio tirpalo koncentracija, į tą pusę, kurioje yra didesnė susikaupimas. Šis procesas tęsiasi tol, kol ištirpusio tirpalo koncentracija abiejose pusėse bus lygi arba atsparus slėgiui tūrio pokytis toje pusėje, kurioje yra didesnė koncentracija, viršija jėgą, varančią vandenį per užtvarą. Šis slėgis yra osmosinis arba hidrostatinis slėgis, ir jis tiesiogiai kinta priklausomai nuo ištirpusios medžiagos koncentracijos tarp abiejų pusių.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Osmosinis slėgis, praleidžiantis vandenį per nepralaidžią užtvarą, didėja, nes skiriasi ištirpusios medžiagos koncentracija abiejose barjero pusėse. Tirpale, kuriame yra daugiau nei viena ištirpusios medžiagos, susumuokite visų ištirpusių medžiagų koncentracijas, kad nustatytumėte bendrą ištirpusių medžiagų koncentraciją. Osmosinis slėgis priklauso tik nuo ištirpusių medžiagų dalelių skaičiaus, o ne nuo jų sudėties.
Osmosinis (hidrostatinis) slėgis
Tikrasis mikroskopinis procesas, lemiantis osmosą, yra šiek tiek paslaptingas, tačiau mokslininkai jį apibūdina taip: vandens molekulės yra nuolatinio judėjimo būsena ir jie laisvai migruoja per neribotą konteinerį, kad išlygintų savo susikaupimas. Jei į konteinerį įvesite užtvarą, pro kurią jie galės praeiti, jie tai padarys. Tačiau jei vienoje barjero pusėje yra tirpalas, kurio dalelės yra per didelės, kad galėtų praeiti pro barjerą, vandens molekulės, praeinančios iš kitos pusės, turi dalytis su jomis erdve. Tirpalo pusėje esančios pusės tūris didėja, kol vandens molekulių skaičius abiejose pusėse yra vienodas.
Padidinus ištirpusios medžiagos koncentraciją, sumažėja vandens molekulėms skirta erdvė, o tai sumažina jų skaičių. Tai savo ruožtu padidina vandens polinkį tekėti į tą pusę iš kitos pusės. Norėdami šiek tiek antropomorfizuotis, kuo didesnis vandens molekulių koncentracijos skirtumas, tuo labiau jos „nori“ pereiti per barjerą į tą pusę, kurioje yra ištirpusios medžiagos.
Mokslininkai šį potraukį vadina osmosiniu arba hidrostatiniu slėgiu, ir tai yra išmatuojamas dydis. Ant kieto indo uždėkite dangtį, kad tūris nepasikeistų, ir išmatuokite slėgį, kurio reikia norint išlaikyti vandeniui kylant, kai matuojate tirpalo koncentraciją toje pusėje, kurioje yra daugiausia ištirpusios medžiagos. Kai daugiau nebesikeičia koncentracija, slėgis, kurį darote ant dangtelio, yra osmosinis slėgis, darant prielaidą, kad koncentracijos iš abiejų pusių neišlygino.
Osmosinio slėgio susiejimas su tirpių medžiagų koncentracija
Daugumoje realių situacijų, pavyzdžiui, šaknys, semiančios drėgmę iš žemės, arba ląstelės, kurios keičiasi skysčiais aplinkoje tam tikra ištirpusių medžiagų koncentracija yra abiejose pusiau laidžių barjerų pusėse, pavyzdžiui, šaknyje ar ląstelių sienelės. Osmosas vyksta tol, kol skiriasi koncentracijos, o osmosinis slėgis yra tiesiogiai proporcingas koncentracijos skirtumui. Matematiniu požiūriu:
P = RT (∆C)
kur T yra temperatūra Kelvinais, ∆C yra koncentracijų skirtumas ir R yra ideali dujų konstanta.
Osmosinis slėgis nepriklauso nuo ištirpusios molekulės dydžio ar jų sudėties. Tai priklauso tik nuo to, kiek jų yra. Taigi, jei tirpale yra daugiau nei vienas ištirpusios medžiagos, osmosinis slėgis yra:
P = RT (C1 + C2 +... C.n)
kur C1 yra ištirpusio tirpalo koncentracija ir pan.
Išbandykite patys
Nesunku greitai suprasti koncentracijos poveikį osmosiniam slėgiui. Šaukštą druskos sumaišykite su stikline vandens ir įdėkite morką. Osmoso būdu iš morkos į sūrų vandenį tekės vanduo, o morkos susitrauks. Dabar padidinkite druskos koncentraciją iki dviejų ar trijų šaukštų ir užfiksuokite, kiek greičiau ir visiškai morkos susitraukia.
Morkoje esančiame vandenyje yra druskos ir kitų tirpių medžiagų, todėl panardinus į distiliuotą vandenį, bus atvirkščiai: morkos išbrinks. Įberkite nedidelį kiekį druskos ir užrašykite, kiek mažiau laiko užtrunka, kol morkos išbrinks, ar ji išsipučia tokio pat dydžio. Jei morkos neišbrinksta ir nesusitraukia, pavyko pagaminti tirpalą, kurio druskos koncentracija būtų tokia pati kaip morkos.