Hipertonik Çözüm Nedir?

Çoğu insan, tuzlu yiyeceklerin susuzluk yaratma özelliğine sahip olduğunun farkındadır. Belki de çok tatlı yiyeceklerin aynı şeyi yapma eğiliminde olduğunu fark etmişsinizdir. Bunun nedeni, tuzun (sodyum ve klorür iyonları olarak) ve şekerlerin (glikoz molekülleri olarak) işlev görmesidir. aktif ozmoller vücut sıvılarında çözündüğünde, öncelikle kanın serum bileşenidir. Bu, sulu çözeltide veya biyolojik eşdeğerde çözündüklerinde yakındaki suyun hareket edeceği yönü etkileme potansiyeline sahip oldukları anlamına gelir. (Çözelti, içinde çözünmüş bir veya daha fazla başka madde bulunan sudur.)

Kaslar anlamında "ton", "gerginlik" anlamına gelir veya başka bir şekilde, rekabet halindeki çekme tarzı güçler karşısında sabitlenmiş bir şeyi ima eder. tonisite, kimyada, bir çözeltinin başka bir çözeltiye kıyasla suyu çekme eğilimini ifade eder. İncelenen çözüm şu şekilde olabilir: hipotonik, izotonik veya hipertonik referans çözümü ile karşılaştırılmıştır. Hipertonik çözümler, Dünya'daki yaşam bağlamında önemli bir öneme sahiptir.

Nispi ve mutlak çözelti konsantrasyonlarının etkilerini tartışmadan önce, bu önemlidir. Bunların analitik kimyada nicelleştirilme ve ifade edilme yollarını anlamak ve biyokimya.

Çoğu zaman, suda (veya diğer sıvılarda) çözünen katıların konsantrasyonu, basitçe kütle bölü hacim birimleri olarak ifade edilir. Örneğin, serum glukozu genellikle serumun desilitresinde (litrenin onda biri) gram glukoz veya g/dL olarak ölçülür. (Bu kütle bölü hacim kullanımı yoğunluğu hesaplamak için kullanılana benzer, ancak yoğunluk ölçümlerinde yalnızca bir madde vardır. örneğin, kurşunun santimetre küpü başına gram kurşun.) Çözücünün birim hacmi başına çözünen maddenin kütlesi de "kütle yüzdesi" için temeldir. ölçümler; örneğin, 1.000 mL suda çözülmüş 60 g sakaroz yüzde 6'lık bir karbonhidrat çözeltisidir (60/1.000 = 0.06 = %6).

Bununla birlikte, suyun veya partiküllerin hareketini etkileyen konsantrasyon gradyanları açısından, boyutlarına bakılmaksızın birim hacim başına toplam partikül sayısını bilmek önemlidir. Bu hareketi etkileyen toplam çözünen kütle değil, bu, her ne kadar mantıksız olsa da. Bunun için bilim adamları en yaygın olarak molarite (M), birim hacim (genellikle bir litre) başına bir maddenin mol sayısıdır. Bu da bir maddenin molar kütlesi veya moleküler ağırlığı ile belirlenir. Geleneksel olarak, bir mol maddenin 6,02 × 10²³ bundan türetilen parçacıklar, tam olarak 12 gram temel karbondaki atom sayısıdır. Bir maddenin molar kütlesi, onu oluşturan atomların atom ağırlıklarının toplamıdır. Örneğin, glikoz formülü C'dir.₆H₁₂Ö₆ ve karbon, hidrojen ve oksijenin atom kütleleri sırasıyla 12, 1 ve 16'dır. Bu nedenle, glikozun molar kütlesi (6 × 12) + (12 × 1) + (6 × 16) = 180 g'dır.

Bu nedenle, 90 g glikoz içeren 400 mL çözeltinin molaritesini belirlemek için önce mevcut glikoz mol sayısını belirlersiniz:

(90 g) × (1 mol/180 g) = 0,5 mol

Molariteyi belirlemek için bunu mevcut litre sayısına bölün:

(0,5 mol)/(0,4 L) = 1,25 M

Çözelti içinde serbestçe hareket edebilen parçacıklar birbirleriyle rastgele ve zamanla çarpışırlar. Bu çarpışmalardan kaynaklanan bireysel parçacıklar, konsantrasyonda net bir değişiklik olmaması için birbirini iptal eder. Sonuçlar. Çözümün içinde olduğu söyleniyor denge Bu koşullar altında. Öte yandan, çözeltilerin lokalize bir kısmına daha fazla çözünen eklenirse, artan frekans Bunu takip eden çarpışmalar, parçacıkların daha yüksek konsantrasyonlu alanlardan daha düşük konsantrasyonlu alanlara net hareketiyle sonuçlanır. konsantrasyon. Buna difüzyon denir ve diğer faktörler sabit tutulurken, nihai dengenin sağlanmasına katkıda bulunur.

Karışıma yarı geçirgen membranlar eklendiğinde resim büyük ölçüde değişir. Hücreler tam da bu tür zarlarla çevrilidir; "Yarı-geçirgen", basitçe, bazı maddelerin içinden geçebileceği, bazılarının geçemeyeceği anlamına gelir. Hücre zarları açısından su, oksijen ve karbon dioksit gazı gibi küçük moleküller hücre içine hareket edebilir ve basit difüzyon yoluyla hücre dışına çıkar, çoğu oluşturan proteinleri ve lipit moleküllerini atlatır. zar. Bununla birlikte, sodyum dahil çoğu molekül (Na⁺), klorür (Cl^-) ve glikoz, hücrenin içi ile hücrenin dışı arasında bir konsantrasyon farkı olsa bile olamaz.

ozmozSuyun zarın her iki tarafındaki farklı çözünen konsantrasyonlarına yanıt olarak bir zar boyunca akışı, ustalaşması gereken en önemli hücresel fizyoloji kavramlarından biridir. İnsan vücudunun yaklaşık dörtte üçü sudan oluşur ve benzer şekilde diğer organizmalar için. Akışkan dengesi ve kaymaları, an be an gerçek hayatta kalmak için hayati önem taşır.

Ozmozun oluşma eğilimine ozmotik basınç, hepsinin yapmadığı ozmotik basınçla sonuçlanan çözünen maddelere aktif ozmol adı verilir. Bunun neden olduğunu anlamak için, suyun kendisini, kendi konsantrasyon gradyanının bir sonucu olarak yarı geçirgen zarın bir tarafından diğerine hareket eden bir "çözünen" olarak düşünmek yardımcı olur. Çözünen konsantrasyonun daha yüksek olduğu yerlerde, "su konsantrasyonu" daha düşüktür, yani suyun diğer aktif ozmoller gibi yüksek konsantrasyondan düşük konsantrasyona doğru akacağı anlamına gelir. Su basitçe konsantrasyon mesafelerini eşitlemek için hareket eder. Özetle, tuzlu bir yemek yediğinizde susamanızın nedeni budur: Beyniniz buna tepki verir. Sizden sisteme daha fazla su koymanızı isteyerek vücudunuzdaki artan sodyum konsantrasyonu - bu sinyal susuzluk.

Ozmoz fenomeni, çözeltilerin nispi konsantrasyonunu tanımlamak için sıfatların kullanılmasını zorunlu kılar. Yukarıda değinildiği gibi, bir referans çözeltiden daha az konsantre olan bir maddeye hipotonik denir ("hipo", Yunanca "eksik" veya "eksiklik" anlamına gelir). İki çözelti eşit olarak konsantre olduğunda, bunlar izotoniktir ("iso", "aynı" anlamına gelir). Bir çözelti referans çözeltiden daha konsantre olduğunda hipertoniktir ("hiper", "daha fazla" veya "fazla" anlamına gelir).

Damıtılmış su, deniz suyuna hipotoniktir; deniz suyu damıtılmış suya hipertoniktir. Tam olarak aynı miktarda şeker ve diğer çözünen maddeler içeren iki çeşit soda izotoniktir.

İçeriğin çok yoğun olması durumunda canlı bir hücreye veya hücre grubuna ne olabileceğini hayal edin. çevreleyen dokularla karşılaştırıldığında, yani hücre veya hücrelerin hipertonik olup olmadığı çevre. Ozmotik basınç hakkında öğrendikleriniz göz önüne alındığında, suyun hücreye veya hücre grubuna hareket ederek iç kısımdaki daha yüksek çözünen konsantrasyonunu dengelemesini beklersiniz.

Pratikte de tam olarak bu oluyor. Örneğin, resmi olarak eritrositler olarak adlandırılan insan kırmızı kan hücreleri, normal olarak disk şeklindedir ve her iki tarafta, sıkıştırılmış bir kek gibi içbükeydir. Bunlar hipertonik bir çözeltiye yerleştirilirse, su kırmızı kan hücrelerini terk etme eğilimi gösterir ve onları çökmüş ve mikroskop altında "dikenli" bir görünümde bırakır. Hücreler hipotonik bir çözeltiye yerleştirildiğinde, su içeri girme ve hücreleri şişirme eğilimindedir. ozmotik basınç gradyanını dengeler - bazen sadece şişme değil, aynı zamanda patlama noktasına kadar hücreler. Vücut içinde patlayan hücreler genellikle olumlu bir sonuç olmadığından, dokulardaki bitişik hücrelerdeki büyük ozmotik basınç farklılıklarından kaçınmanın kritik olduğu açıktır.

26,2 mil koşu maratonu veya triatlon (yüzme, bisiklete binme ve koşu) gibi çok uzun bir egzersiz yapıyorsanız, önceden ne yediyseniz, etkinlik süresince sizi ayakta tutmak için yeterli olacaktır çünkü kaslarınız ve karaciğeriniz ancak çoğu glikoz zincirleri şeklinde olan çok fazla yakıt depolayabilir. glikojen. Öte yandan, yoğun egzersiz sırasında sıvıların yanı sıra herhangi bir şey yutmak hem lojistik açıdan zor olabilir hem de bazı insanlarda mide bulantısına neden olabilir. İdeal olarak, o zaman, bir tür sıvı alırsınız çünkü bunlar mideyi daha kolay yorar ve siz Çalışmaya maksimum yakıt sağlamak için çok şekerli (yani konsantre) bir sıvı isterdi kaslar.

Yoksa sen mi? Bu çok makul yaklaşımla ilgili sorun, yediğiniz veya içtiğiniz maddeler bağırsaklarınız tarafından emildiğinde, bu sürecin ozmotik bir duruma dayanmasıdır. hareketi tarafından süpürülmesi sayesinde, yiyeceklerdeki maddeleri bağırsağın içinden bağırsağınızı kaplayan kana çekme eğiliminde olan gradyan Su. Tükettiğiniz sıvı çok konsantre olduğunda - yani, bağırsakları kaplayan sıvılara hipertonik ise - bu normal ozmotik gradyanı bozar ve suyu dışarıdan bağırsağa geri "emer", besinlerin emiliminin durmasına neden olur ve şekerli içecekleri almanın tüm amacını ortadan kaldırır. Git.

Aslında, spor bilimciler farklı spor içeceklerinin nispi emilim oranlarını incelediler. değişen konsantrasyonlarda şeker içeren ve bu "sezgisel olmayan" sonucun doğru olan. Hipotonik içecekler en hızlı emilme eğilimi gösterirken, izotonik ve hipertonik içecekler kan plazmasındaki glikoz konsantrasyonundaki değişiklikle ölçüldüğü üzere daha yavaş emilir. Gatorade, Powerade veya All Sport gibi spor içeceklerinin tadına baktıysanız, muhtemelen kola veya meyve suyundan daha az tatlı olduklarını fark etmişsinizdir; bunun nedeni, tonisitesi düşük olacak şekilde tasarlanmış olmalarıdır.

Deniz organizmalarının, yani özellikle Dünya okyanuslarında yaşayan su hayvanlarının karşılaştığı sorunu düşünün: sadece aşırı tuzlu suda yaşamakla kalmaz, aynı zamanda bu yüksek hipertonik çözeltiden kendi sularını ve yiyeceklerini almaları gerekir. çeşitler; ayrıca, atık ürünleri (amonyak, üre ve ürik asit gibi moleküllerde çoğunlukla nitrojen olarak) atmaları ve ondan oksijen türetmeleri gerekir.

Deniz suyundaki baskın iyonlar (yüklü parçacıklar), beklediğiniz gibi Cl'dir.^- (kilogram su başına 19,4 gram) ve Na⁺ (10.8 g/kg). Deniz suyunda önemli olan diğer aktif ozmoller arasında sülfat (2,7 g/kg), magnezyum (1.3 g/kg), kalsiyum (0,4 g/kg), potasyum (0,4 g/kg) ve bikarbonat (0,142 g/kg) bulunur.

Çoğu deniz organizması, tahmin edebileceğiniz gibi, evrimin temel bir sonucu olarak deniz suyuna izotoniktir; dengeyi korumak için herhangi bir özel taktik kullanmaya gerek duymazlar, çünkü doğal durumları, diğer organizmaların sağlayamadığı ve yapamadığı yerlerde hayatta kalmalarına izin vermiştir. Bununla birlikte, deniz suyuna hipertonik olan vücutları koruyan köpekbalıkları bir istisnadır. Bunu iki ana yöntemle başarırlar: Kanlarında alışılmadık miktarda üre tutarlar ve attıkları idrar, iç sıvılarına kıyasla çok seyreltik veya hipotoniktir.