Definícia osmózy
Osmóza je spontánny prechod rozpúšťadla (ktoré je vo vodných systémoch zvyčajne voda) z roztoku, v ktorom sú rozpustené látky zriedenejšie na tie, v ktorých sú koncentrovanejšie; tento pohyb - ktorý sa vyskytuje cez semipermeabilnú membránu - pokračuje dovtedy, kým sa nedosiahne rovnovážna situácia, v ktorej oba roztoky získajú a zachovajú rovnakú koncentráciu.
Praktický príklad
Na lepšie objasnenie konceptu osmózy si predstavme, že by mala byť nádoba rozdelená na dve oddelenia s rovnakým objemom (A a B) zo semipermeabilnej membrány (to znamená, že je priepustná len pre rozpúšťadlo - v tomto prípade pre vodu - a nie pre rozpustenú látku). V komore A je vodný roztok, v ktorom bola rozpustená lyžica glukózy, zatiaľ čo v časti B máme vodný roztok rovnakého objemu, v ktorom boli rozpustené tri polievkové lyžice glukózy (je teda koncentrovanejšia). Tento rozdiel vytvára gradient koncentrácie glukózy na stranách membrány, a pretože tento cukor nemôže prejsť cez ňu, rovnováha sa dosiahne priechodom vody z oddelenia A (kde je glukóza najviac zriedená) do oddelenia. B (kde je najhojnejšie). Ak dávate prednosť, dá sa tiež povedať, že voda prechádza cez osmózu z roztoku, v ktorom je koncentrovanejšia (A) k tej, v ktorej je menej koncentrovaná (B).
Po tomto prietoku sa hladina vody v B zvyšuje a znižuje v A, čím sa vytvára určitý rozdiel v úrovni medzi týmito dvoma. Tento fenomén končí, keď obidva roztoky dosiahnu rovnakú koncentráciu a potom ju udržujú konštantnú.
Hypotonické, izotonické a hypertonické roztoky
Pri použití dvoch roztokov s rôznymi molárnymi koncentráciami (rozdielny počet častíc rozpustených v nich) je roztok s najnižšou koncentráciou molárnej a hypertonickej koncentrácie definovaný ako hypotonický. Dva roztoky sú namiesto izotonického (alebo ekvimolárneho) roztoku, keď majú rovnakú koncentráciu.
V práve uvedenom príklade je roztok B hypertonický (preto obsahuje viac rozpustených látok) ako druhý (definovaný hypotonický); preto sa za normálnych podmienok rozpúšťadlo pohybuje osmózou z hypotonického do hypertonického roztoku. Hovorili sme o štandardných podmienkach, pretože pri hraní so zákonmi fyziky je možné zvrátiť samotnú koncepciu osmózy a podporiť prechod rozpúšťadla z najviac zriedenej koncentrácie na najviac koncentrovanú (reverznú osmózu).
Osmotický tlak a reverzná osmóza
Ako sa doteraz vyjadrilo, čistý prietok rozpúšťadla - vytvoreného osmózou - pokračuje dovtedy, kým tieto dva roztoky nedosiahnu rovnakú koncentráciu. Proti tomuto pohybu je možné čeliť, zastaviť alebo dokonca zvrátiť pôsobením tlaku na oddelenie s najvyššou koncentráciou.
V predchádzajúcom príklade je postačujúce umiestniť piest do priestoru B (ktorý si pripomenieme, že má vyššiu koncentráciu) a zatlačiť ho smerom dolu určitou silou, aby sa podporil prechod vody smerom k A; v tomto prípade hovoríme o reverznej osmóze.
Osmotický tlak je tlak, ktorý je presne proti priechodu rozpúšťadla cez polopriepustnú membránu; v dôsledku toho je to tlak potrebný na boj proti osmóze.
Podľa toho, čo bolo doteraz povedané, majú dve izotonické riešenia rovnaký osmotický tlak; preto zdôrazňujú, že osmotický tlak závisí výlučne od počtu častíc prítomných v roztoku a nie od ich povahy.
Osmóza a ľudské telo
Plazmatické membrány, ktoré obklopujú bunky ľudského tela, sú v skutočnosti semipermeabilné membrány, ktoré umožňujú priamy prechod cez osmózu malých molekúl (ako je voda a močovina), ale nie tých, ktoré majú vyššiu molekulovú hmotnosť (napr. proteíny, aminokyseliny a cukry). Osmotické rovnováhy v telesných tekutinách sú preto nevyhnutné na zabezpečenie optimálneho prostredia pre život buniek.
Ak vezmeme bunku ako červené krvinky a ponoríme ju do hypotonického roztoku, táto - osmózou - prejde opuchom (spôsobeným vstupom vody), ktorý ju dokonca môže explodovať. Naopak, ak je bunka ponorená do hypertonického roztoku, trpí v dôsledku prechodu vody smerom von závažnou dehydratáciou, ktorá ju robí vrások. Našťastie v ľudskom organizme sú bunky ponorené do izotonických roztokov vzhľadom na ich vnútorné prostredie a existujú rôzne systémy na udržanie týchto kvapalín v osmotickej rovnováhe.
Osmotický tlak a konzervácia potravín
Zamyslime sa na chvíľu o domácom marmeláde ... cukor sa pridáva v množstve nielen na zlepšenie jeho chuti, ale aj na zvýšenie jeho trvanlivosti. Cukor je však dôležitým prvkom života mnohých mikroorganizmov, ktoré sa podieľajú na degradácii produktu. Tento zjavný rozpor je odstránený zo samotného konceptu osmózy.
