Istorija

Pirmas osmosas pastebėjo A. Nolle, tačiau šio reiškinio tyrimas buvo pradėtas praėjus šimtmečiui.

Proceso esmė

Ryžiai. 1. Osmosas per pusiau pralaidžią membraną. Tirpiklio dalelės (mėlynos) gali kirsti membraną, o tirpios dalelės (raudonos) - ne.

Osmoso reiškinys pastebimas tose aplinkose, kur tirpiklio mobilumas yra didesnis nei tirpių. Svarbus ypatingas osmoso atvejis yra osmosas per pusiau pralaidžią membraną. Pusiau pralaidžios membranos yra tos, kurios turi pakankamai aukštą pralaidumą ne visoms, o tik kai kurioms medžiagoms, ypač tirpikliui. (Ištirpusių medžiagų mobilumas membranoje yra nulinis). Paprastai taip yra dėl molekulių dydžio ir mobilumo, pavyzdžiui, vandens molekulė yra mažesnė už daugumą tirpių molekulių. Jei tokia membrana atskiria tirpalą ir gryną tirpiklį, tada tirpiklio koncentracija tirpale yra mažesnė, nes ten kai kurios jo molekulės pakeičiamos ištirpusios medžiagos molekulėmis (žr. 1 pav.). Dėl to tirpiklio dalelės iš skyriaus, kuriame yra gryno tirpiklio, pereina į tirpalą dažniau nei priešinga kryptimi. Atitinkamai padidės tirpalo tūris (ir sumažės medžiagos koncentracija), o atitinkamai sumažės tirpiklio tūris.

Pavyzdžiui, pusiau pralaidi membrana prigludusi prie kiaušinio lukšto iš vidaus: ji praleidžia vandens molekules ir išlaiko cukraus molekules. Jei tokia membrana atskiria cukraus tirpalus, kurių koncentracija yra atitinkamai 5 ir 10%, tada per ją abiem kryptimis praeis tik vandens molekulės. Dėl to praskiestame tirpale cukraus koncentracija padidės, o labiau koncentruotame - priešingai, sumažės. Kai cukraus koncentracija abiejuose tirpaluose taps vienoda, bus pusiausvyra. Pusiausvyrą pasiekę tirpalai vadinami izotoniniais. Jei imamasi priemonių, kad koncentracija nesikeistų, osmosinis slėgis pasieks pastovią vertę, kai atvirkštinis vandens molekulių srautas taps lygus tiesioginiam.

Osmosas vadinamas riboto skysčio kiekio viduje endosmosas, į išorę - egzosmosas... Tirpiklio transportavimas per membraną vyksta dėl osmosinio slėgio. Šis osmosinis slėgis atsiranda pagal Le Chatelier principą dėl to, kad sistema bando išlyginti tirpalo koncentraciją abiejose terpėse, atskirtose membrana, ir yra apibūdinamas antruoju termodinamikos dėsniu. Jis yra lygus pertekliniam išoriniam slėgiui, kuris turėtų būti taikomas iš tirpalo pusės, kad sustabdytų procesą, tai yra, sukurtų sąlygas osmosinei pusiausvyrai. Per didelis osmosinio slėgio viršslėgis gali sukelti atvirkštinę osmozę - atvirkštinę tirpiklio difuziją.

Tais atvejais, kai membrana yra pralaidi ne tik tirpikliui, bet ir kai kurioms ištirpusioms medžiagoms, pastarųjų perkėlimas iš tirpalo į tirpiklį leidžia atlikti dializę, kuri naudojama kaip polimerų ir koloidinių sistemų valymo iš mažos molekulinės masės priemaišų metodas. kaip elektrolitai.

Osmoso vertė

Osmosas vaidina svarbų vaidmenį daugelyje biologinių procesų. Normalią kraujo ląstelę supanti membrana yra pralaidi tik vandens, deguonies, kai kurių maistinių medžiagų ir ląstelių atliekų, ištirpusių kraujyje, molekulėms; didelėms baltymų molekulėms, ištirpusioms ląstelės viduje, ji yra nepralaidi. Todėl baltymai, kurie yra tokie svarbūs biologiniams procesams, lieka ląstelės viduje.

Osmosas dalyvauja pernešant maistines medžiagas aukštų medžių kamienuose, kur kapiliarų perkėlimas negali atlikti šios funkcijos.

Osmosas plačiai naudojamas laboratorinėse technologijose: nustatant polimerų molines charakteristikas, tirpalų koncentraciją, tiriant įvairias biologines struktūras. Osmosiniai reiškiniai kartais naudojami pramonėje, pavyzdžiui, gaminant tam tikras polimerines medžiagas, valant labai mineralizuotą vandenį skysčių atvirkštinės osmoso metodu.

Augalų ląstelių naudojimas osmosas taip pat padidinti vakuolės tūrį, kad ji išplėstų ląstelių sieneles (turgoro slėgis). Augalų ląstelės tai daro saugodamos sacharozę. Padidindami arba sumažindami sacharozės koncentraciją citoplazmoje, ląstelės gali reguliuoti osmosą. Dėl to padidėja viso augalo elastingumas. Daugelis augalų judesių yra susiję su turgoro slėgio pokyčiais (pavyzdžiui, žirnių ir kitų vijoklinių augalų ūsų judesiai). Gėlo vandens pirmuonys taip pat turi vakuolę, tačiau pirmuonių vakuolių užduotis yra tik išpumpuoti vandens perteklių iš citoplazmos, kad būtų išlaikyta pastovi jame ištirpusių medžiagų koncentracija.

Osmosas taip pat vaidina svarbų vaidmenį vandens telkinių ekologijoje. Jei druskos ir kitų medžiagų koncentracija vandenyje padidės arba sumažės, šių vandenų gyventojai žus dėl kenksmingo osmoso poveikio.

Pramoninis naudojimas

Pirmąją pasaulyje elektrinę - prototipą, kuris naudoja osmoso reiškinį elektros energijai gaminti, „Statkraft“ paleido 2009 m. Lapkričio 24 d. Norvegijoje netoli Tofte miesto. Sūrus jūros vanduo ir gėlas vanduo jėgainėje yra atskirti membrana; kadangi druskų koncentracija jūros vandenyje yra didesnė, osmoso reiškinys vystosi tarp jūros sūraus vandens ir gėlo fiordo vandens - nuolatinis vandens molekulių srautas per membraną link sūraus vandens. Dėl to padidėja sūraus vandens slėgis. Šis slėgis atitinka 120 metrų aukščio vandens stulpelio slėgį, tai yra gana aukštą krioklį. Vandens srautas yra pakankamas jėgainei generuoti. Gamyba yra ribota, o pagrindinis tikslas yra išbandyti įrangą. Labiausiai probleminis elektrinės komponentas yra membranos. Pasak „Statkraft“ ekspertų, pasaulinė gamyba gali svyruoti nuo 1600 iki 1700 TWh, o tai prilygsta Kinijos suvartojimui 2002 m. Apribojimas yra dėl veikimo principo - tokios jėgainės gali būti statomos tik jūros pakrantėje. Tai nėra amžina judesio mašina, energijos šaltinis yra saulės energija. Saulės šiluma garinimo metu atskiria vandenį nuo jūros ir per vėją perneša jį į sausumą. Potenciali energija naudojama hidroelektrinėse, o cheminė energija jau seniai nepaisoma.

Pastabos (redaguoti)

Nuorodos

„Wikimedia Foundation“. 2010 m.

Sinonimai:

Pažiūrėkite, kas yra „osmosas“ kituose žodynuose:

osmosas- osmosas ir ... Rusų rašybos žodynas

OSMOS, vienpusis TIRPIKLIO (pvz., Vandens) difuzija per natūralią ar dirbtinę pusiau pralaidžią membraną (pertvarą, kuri leidžia praeiti tik tam tikroms ištirpusioms medžiagoms) į labiau koncentruotą tirpalą. Dėl… … Mokslinis ir techninis enciklopedinis žodynas

Skysčių savybė jungtis, net kai jie yra atskirti c. akyta pertvara ir toks skysčių nutekėjimas. Pilnas svetimžodžių, pradėtų vartoti rusų kalba, žodynas. Popovas M., 1907. OSMOS žr. ENDOSMOS ir ... ... Rusų kalbos užsienio žodžių žodynas

- (nuo graikų osmos stūmimo slėgio), vienpusis tirpiklio perkėlimas per pusiau pralaidžią pertvarą (membraną), atskiriant tirpalą nuo gryno tirpiklio arba mažesnės koncentracijos tirpalo. Tai lemia sistemos polinkis į termodinaminę ... ... Didysis enciklopedinis žodynas

Osmoso rusų sinonimų žodynas. osmosas n., sinonimų skaičius: 2 osmosas (1) elektroosmosas ... Sinonimų žodynas

Osmosas- (iš graikų osmos stūmimo, slėgio) medžiagų difuzija jonų pavidalu per pusiau pralaidžias ląstelių membranas. Osmosas, nukreiptas į ląsteles, vadinamas endosmoze, išorine egzosmoze. Pagrindinis organizmų metabolizmo kanalas su aplinka. ... ... Ekologinis žodynas

osmosas- tirpiklio molekulių prasiskverbimas per membraną iš tirpiklio į tirpalą arba iš mažesnės koncentracijos tirpalo į didesnės koncentracijos tirpalą. Bendroji chemija: vadovėlis / A. V. Zholnino osmozė - tirpiklio difuzija per pusiau pralaidžią ... ... Cheminiai terminai

- (iš graikų osmos stūmimo, slėgio), spontaniškas tirpiklio perėjimas per pusiau pralaidžią membraną, neleidžiančią prasiskverbti ištirpusiai medžiagai. Norint išsaugoti pradinę tirpalo sudėtį, būtina jį taikyti ... ... Šiuolaikinė enciklopedija

Valstybinė biudžetinė aukštojo profesinio mokymo įstaiga Rusijos Federacijos sveikatos ministerijos Volgogrado valstybinis medicinos universitetas.

Chemijos katedra

Abstraktus darbas šia tema:

„Koligatyvios sprendimų savybės. Osmosas ir difuzija augalų ląstelėse "

Patikrino: Skladanovskaja Natalija Nikolaevna

Parengta:

2 kurso studentas

Ignatenko A.A.

Farmacijos fakultetas

202 grupės

Volgogradas 2015 m

1. Įvadas

2. Koligacinės savybės.

3. Vandens tiekimas į augalo ląstelę.

4. Difuzija.

6. Osmoso ir osmosinio slėgio vaidmuo ląstelėje.

7. Išvada.

8. Literatūros sąrašas.

Įvadas

Prie tiriamųjų koligacinių savybių, t.y. savybės, priklausančios nuo dalelių skaičiaus, apima osmosinį slėgį, difuziją, sumažina užšalimo temperatūrą ir padidina tirpalų virimo temperatūrą, palyginti su grynu tirpikliu. Osmosinis slėgis suteikia audiniams tvirtumo ir elastingumo. Fiziologinių, hipertoninių ir hipotoninių tirpalų koligacinės savybės yra susijusios su jų klinikinėmis savybėmis.

Osmosas yra labai svarbus žmonių, gyvūnų ir augalų gyvenime. Kaip žinote, visi biologiniai audiniai susideda iš ląstelių, kurių viduje yra skystis (citoplazma), kuris yra įvairių medžiagų, esančių H2O, tirpalas. Ląstelių membrana yra pusiau pralaidi, o vanduo per ją praeina gana laisvai.

Išorėje ląstelės plaunamos tarpląsteliniu skysčiu, kuris taip pat yra vandeninis tirpalas. Be to, tirpių medžiagų koncentracija ląstelių viduje yra didesnė nei tarpląsteliniame skystyje. Dėl osmoso pastebimas tirpiklio perėjimas iš išorinės aplinkos į ląstelę, dėl kurio atsiranda dalinis jo patinimas arba turgoras. Tokiu atveju ląstelė įgyja reikiamą tvirtumą ir elastingumą. Turgoras padeda išsaugoti tam tikrą organų formą gyvūnų organizmuose, stiebuose ir lapuose augaluose. Supjaustytuose augaluose dėl vandens garavimo sumažėja tarpląstelinio ir tarpląstelinio skysčio tūris, sumažėja osmosinis slėgis, sumažėja ląstelių elastingumas ir augalas nuvysta. Augalų drėkinimas, jų įdėjimas į vandenį sukelia osmosą ir vėl suteikia audiniams elastingumo.

Koligacinės savybės.

Koligacinėmis savybėmis vadinami tirpalai, turintys daugybę savybių, kurios atsiranda dėl bendrų priežasčių ir kurias lemia tik tirpios medžiagos koncentracija, ty jos dalelių, molekulių skaičius sistemoje, bet nepriklauso nuo jų masės, formos , dydis.

Šios savybės yra:

Osmoso slėgis,

Sumažinti tirpiklio sočiųjų garų slėgį virš tirpalo,

Padidinkite virimo temperatūrą ir sumažinkite tirpalo užšalimo temperatūrą.

Medžiagų tirpalams, kurie yra skirtingo pobūdžio, tačiau turi tą patį kinetiškai aktyvių tirpios medžiagos dalelių kiekį, šios savybės bus vienodos.

Šis reiškinys būdingas praskiestiems nepastovių mažos molekulinės masės medžiagų tirpalams, t. Y. Tirpalams, kurie pagal savo savybes labiausiai artėja prie idealių.

Vanduo patenka į augalų ląstelę.

Norint įgyvendinti visus gyvybiškai svarbius procesus, vanduo ir maistinės medžiagos turi patekti į ląstelę iš išorinės aplinkos. Vanduo tiesiogiai ar netiesiogiai dalyvauja visose medžiagų apykaitos reakcijose ir yra svarbiausias augalų ląstelės komponentas. Tačiau be vandens srauto į ląstelę galima atlikti ir atvirkštinį procesą - vandens išėjimą iš ląstelės. Šie reiškiniai paaiškinami difuzijos ir osmoso procesais.

Kaip žinote, esant aukštesnei nei absoliučiai nuliui temperatūrai, visos molekulės nuolatos atsitiktinai juda. Tai rodo, kad jie turi tam tikrą kinetinę energiją. Dėl nuolatinio judėjimo maišant du skysčius ar dvi dujas, jų molekulės tolygiai pasiskirsto visu turimu tūriu.

Difuzija.

Difuzija yra procesas, kurio metu tolygiai pasiskirsto tirpios ir tirpiklio molekulės. Kaip ir bet kuriam judesiui, difuzijai reikia energijos. Difuzija visada nukreipiama iš didesnės tam tikros medžiagos koncentracijos į mažesnę, iš sistemos, turinčios didesnę laisvą energiją, į sistemą su mažesne laisva energija.

Laisva energija yra sistemos vidinės energijos dalis, kurią galima paversti darbu. Laisva energija, vadinama 1 moliu medžiagos, vadinama cheminiu potencialu. Ir kaip žinote, cheminį potencialą galima apibrėžti kaip bet kokio tipo energijos pasikeitimą, lydintį medžiagos kiekio pasikeitimą sistemoje.

μi = (∂U / ∂ni) S, V, nj = (∂H / ∂ni) S, p, nj = (∂F / ∂ni) T, V, nj = (∂G / ∂ni) T, p, nj

kur ni- yra apgamų skaičius

indeksas j ≠ i yra pastovus visų dni komponentų skaičius, išskyrus ni.

Taigi cheminis potencialas yra energijos, kurią tam tikra medžiaga naudoja reaguoti ar judėti, matas. Cheminis potencialas yra koncentracijos funkcija. Kuo didesnė konkrečios medžiagos koncentracija, tuo didesnis jos aktyvumas ir cheminis potencialas.

Difuzinis medžiagos judėjimas visada pereina nuo didesnio iki mažesnio cheminio potencialo. Kadangi cheminis potencialas apibūdina svarstomo komponento gebėjimą išeiti iš tam tikros fazės arba išeiti iš tam tikros būsenos cheminės sąveikos metu. Daugiafazėse (nevienalytėse) sistemose tam tikro komponento perėjimas gali įvykti spontaniškai tik iš fazės, kurioje jo cheminis potencialas yra didesnis, į fazę, kurioje jo cheminis potencialas yra mažesnis. Todėl perėjimą lydi komponento cheminio potencialo sumažėjimas 1 -oje fazėje ir padidėjimas 2 -oje. Dėl to šių dviejų fazių skirtumas tarp tam tikro komponento cheminių potencialų mažėja, o kai pasiekiama pusiausvyra, cheminis komponentas abiejose fazėse tampa tas pats. Bet kurioje pusiausvyros nevienalytėje sistemoje kiekvieno komponento cheminis potencialas yra vienodas visose fazėse. Tai reiškia, kad pusiausvyros sistemose bet kuris komponentas pereis iš būsenos, turinčios didesnį cheminį potencialą, į būseną su mažesniu potencialu, kol bus nustatyta pusiausvyra.

Μ reikšmių skirtumas lemia cheminių reakcijų kryptį, fazių transformacijas ir medžiagų difuziją iš vienos fazės į kitą. Pridėjus tirpių molekulių prie vandens, susidaro ryšys tarp vandens ir tirpių molekulių, o tai sumažina jo aktyvumą, laisvą energiją ir cheminį potencialą. Jei difuzinės medžiagos pakeliui susiduria su membrana, judėjimas sulėtėja ir kai kuriais atvejais sustoja.

Difuzijos greitis priklauso nuo temperatūros, medžiagos pobūdžio ir koncentracijos skirtumo. Kuo didesnė konkrečios medžiagos koncentracija, tuo didesnis jos aktyvumas ir cheminis potencialas.

Vandens difuzija iš didesnio į mažesnį cheminį potencialą per membraną vadinama osmoze. Kitaip tariant, osmozė - tai vandens ar kito tirpiklio difuzija per pusiau pralaidžią membraną, kurią sukelia koncentracijos ar cheminių potencialų skirtumas.

Osmosas.

Osmosas yra vandens cheminių potencialų nelygybės priešingose ​​membranos pusėse rezultatas. Ideali pusiau pralaidi membrana leidžia vandens molekulėms praeiti ir ištirpinti molekules.

Vienas iš puikių šioje srityje dirbančių mokslininkų buvo vokiečių botanikas ir augalų fiziologas Wilhelmas Pfefferis. Gimė Grebenšteine, netoli Kaselio. Göttingeno universitete studijavo chemiją ir farmaciją (1863–1865). Pagrindiniai darbai skirti augalų fiziologijai. Jis tyrė augalų ląstelių osmosinius reiškinius, kurie lemia augalų vandens ir mineralų absorbciją. Šie Pfefferio darbai padėjo pagrindą ląstelių pralaidumo membranos teorijai. Naudodamasis jo sukurtu osmometru su pusiau pralaidžia pertvara, pagaminta iš geležies-mėlynojo geležies vario (Pfefferio ląstelė), jis nustatė (1877) osmosinio slėgio priklausomybę nuo tirpalo koncentracijos, temperatūros ir molekulinio dydžio, apibendrino Ya.G. Van Hofas (1887). Jis tyrė augalų kvėpavimo ir azoto apykaitos procesus, fotosintezės energetiką, atsarginių maistinių medžiagų transformaciją, dirglumo fiziologiją ir lapų bei žiedų judėjimo mechaniką. Atrado teigiamą chemotaksį paparčio lytinėse ląstelėse.

Kaip minėta aukščiau, V. Pfefferis 1877 metais paruošė dirbtinę pusiau pralaidžią membraną. Tam vario sulfato tirpalas buvo supilamas į porėtą porceliano indą ir dedamas į kitą indą, užpildytą kalio ferocianido tirpalu. Pirmojo porceliano indo porose tirpalai liečiasi ir reaguoja tarpusavyje. Dėl to porose susidarė vario ferocianido Cu 2 plėvelė, kuri buvo pusiau pralaidi.

Taigi buvo sukurtas ląstelės modelis: pusiau pralaidi plėvelė imitavo membraną, o indo sienelės - pektoceliuliozės apvalkalą. Indas, kurio porose susidarė pusiau pralaidi membrana, užpildytas sacharozės tirpalu, buvo padėtas į vandenį.

Toks prietaisas vadinamas osmometru.

1 pav. Pfeffer osmometro schema: 1 - indas su tirpikliu; 2- membrana; 3 - ląstelė su tirpalu; 4 - manometras.

Tęsdamas studijas, V. Pfefferis nustatė tokį faktą - vandens srautą į tirpalą per pusiau pralaidžią pertvarą lemia skirtumas tarp laisvos gryno vandens ir tirpalo energijos - šis procesas vyksta spontaniškai išilgai nemokama vandens energija. Be to, Pfefferis nustatė, kad praskiedus tirpalo cheminė sudėtis nesikeičia, tai yra, plėvelė turi selektyvumą (selektyvumą) prasiskverbiantiems komponentams. Taip atsirado terminas „pusiau pralaidi membrana“.

Osmosinio slėgio matavimo eksperimento schema (2 pav.)

Tačiau Pfefferiui nepavyko nustatyti kiekybinės osmosinio slėgio priklausomybės nuo koncentracijos ir temperatūros.

Šią priklausomybę sukūrė Van't Hoffas:

Tiesinė osmosinio slėgio priklausomybė nuo tirpalo koncentracijos ir temperatūros stebima tik idealiems tirpalams. Tai yra, idealių sprendimų lygtis yra tokia:

Todėl lygtį galima taikyti tik praskiestiems tirpalams. Jei tirpioji medžiaga išsiskiria ir turi tam tikrą disociacijos laipsnį, tai paprasčiausiu atveju vienos dalelės disociacijos į dvi atveju turime AB-A + + B-.

Iš 1 molio gautų neskaidytų dalelių skaičius yra (1 -a) mol, disociacijos produktų skaičius yra 2a mol, o bendras molių skaičius bus 1 - a + 2a = 1 + a.

Suma 1 + a žymima raide i. Tai vadinamasis izotoninis Van't Hoff koeficientas.

Tada įvyksta osmosinio slėgio lygtis

kur π yra osmosinis slėgis,

i - Van't Hoffo koeficientas,

R - universali dujų konstanta, 8,31 J / mol ∙ K

T - absoliuti temperatūra, K

Idealūs esant bet kokiai koncentracijai yra tirpalai, kurių sudedamosios dalys yra artimos fizinėms ir cheminėms savybėms ir kurių formavimas nėra lydimas tūrinio ir šiluminio poveikio. Šiuo atveju tarpmolekulinės sąveikos jėgos tarp vienalyčių ir nepanašių dalelių yra maždaug vienodos, o tirpalo susidarymą lemia tik entropijos faktorius.

Tikri sprendimai, kurių sudedamosios dalys labai skiriasi fizinėmis ir cheminėmis savybėmis, paklūsta Raoult dėsniui tik begalinės mažos koncentracijos srityje.

Osmometre, esant pusiau pralaidžiai membranai, į tirpalą pateks vanduo, kuris jį praskies, o vandens judėjimas sulėtės.

Įvyksta termodinaminė pusiausvyra. Termodinaminė pusiausvyra - tai sistemos termodinaminė būsena, kuri, esant pastovioms išorinėms sąlygoms, nesikeičia laike ir šio nekintamumo nesukelia jokie išoriniai procesai. Taigi skysčio kolonėlės slėgis subalansuos jėgą, kuria vandens molekulės patenka į osmometrą. Vandens molekulių energija, kuri sumažėjo dėl įterpto tirpalo, bus papildyta skysčio kolonėlės slėgiu. Šis slėgis padidina tirpalo cheminį potencialą (μ p), todėl jis yra lygus gryno vandens cheminiam potencialui (μ in). Per šį laikotarpį stebima osmosinė pusiausvyra. Pasiekus osmosinę pusiausvyrą, osmoso procesas sustabdomas.

Jei pasiekus osmosinę pusiausvyrą iš tirpalo pusės daromas slėgis, viršijantis osmosinį slėgį, tada tirpiklis pradės judėti iš tirpalo priešinga kryptimi. Tokiu atveju įvyks atvirkštinis osmosas.

Pritvirtinę manometrą, galite išmatuoti slėgį, kuris turi būti taikomas sistemai, kad vanduo nepatektų į tirpalą ir atvirkščiai.

Atvirkštinė osmozė naudojama filtravimo įrenginiuose, siekiant išvalyti ir praturtinti vandenį mineralais.

Per pastaruosius dešimtmečius reikalavimai geriamojo vandens charakteristikoms labai išaugo. Tai nereiškia, kad žmonės pradėjo vartoti geresnės kokybės skystį, tačiau filtravimo ir vandens valymo technologijos iš tiesų tapo efektyvesnės. Tuo pačiu metu tokie prietaisai ne visada veikia iš esmės naujomis technologijomis - dažnai kūrėjai valymo sistemas grindžia principais, kurie mus supa gamtoje. Osmozė taip pat priklauso tokiems reiškiniams. Kas tai yra ir kokią naudą tai gali duoti paprastam žmogui? Tai technologinis procesas, leidžiantis pateikti in vivo. Yra skirtingi požiūriai į techninį osmoso įgyvendinimą, tačiau jo tikslai išlieka tie patys - gauti švarų ir saugų vandenį.

Osmoso principas

Šis procesas gali vykti sistemose, kuriose ištirpusių elementų mobilumas yra mažesnis nei tirpiklio aktyvumo lygis. Paprastai ekspertai šį reiškinį aiškiau demonstruoja pusiau pralaidžios membranos pagalba. Svarbu atsižvelgti į tai, kad tokios membranos gali būti vadinamos pusiau pralaidžios tik kai kurioms dalelėms. Dabar galime tiksliau atsakyti į šį klausimą: osmosas - kas tai? Iš esmės tai yra kai kurių medžiagų membranos atskyrimo nuo aplinkos, kurioje jos buvo prieš atskyrimą, procesas. Pavyzdžiui, jei panaši membrana naudojama grynam tirpikliui ir tirpalui atskirti, pirmojo koncentracija terpėje bus mažesnė, nes tam tikrą jos molekulių dalį pakeičia tirpių dalelės.

Kuo ypatingas atvirkštinis osmosas?

Atvirkštinio osmoso procesas yra pažangi technologija įvairioms terpėms filtruoti. Vėlgi verta grįžti prie principo, kuriuo remiantis veikia osmozė - kokia ji yra visa savo forma? Tai, pavyzdžiui, jūros vanduo, išvalytas iš druskos. Kitų teršalų filtravimas gali būti atliekamas tuo pačiu būdu. Tam naudojama atvirkštinė osmozė, kai slėgis veikia terpę ir verčia medžiagą praeiti per valymo membraną.

Nepaisant didelio tokio valymo efektyvumo, tik pastaraisiais dešimtmečiais gamintojai sugebėjo pasiekti reikšmingos pažangos šios koncepcijos technologinėje plėtroje. Šiuolaikinis valymas apima ploniausių membranų naudojimą, kurios neleidžia praeiti net mažos molekulinės masės priemaišų dalelėms - beje, jų dydis gali būti iki 0,001 mikrono.

Techninis įgyvendinimas

Nepaisant akivaizdaus sudėtingumo, atvirkštinė osmozė įgyvendinama gana kompaktiškuose įrenginiuose. Tokių sistemų pagrindą sudaro filtrai, kurių gali būti keli. Tradicinio dizaino atveju valymas prasideda nuo išankstinių filtrų. Po to seka kombinuotas papildomas filtras, kuris taip pat gali atlikti papildomas oro kondicionieriaus ar mineralizatoriaus funkcijas. Pažangiausi modeliai numato labai selektyvių membranų įtraukimą - tai yra efektyviausia ir brangiausia sistema. Šios konstrukcijos osmosas užtikrina ne tik daugiapakopį valymą, bet ir minkština vandenį. Filtrai taip pat tiekiami su kasetėmis, specialiais keraminiais čiaupais, rezervuarais su galimybe pakeisti rezervuarą ir dangtelį.

Eidamas pro jį, jis pašalinamas iš ištirpusių ir mechaninių priemaišų, chloro ir jo junginių, herbicidų, aliuminio, naftos produktų, pesticidų, trąšų, fenolių, sunkiųjų metalų, taip pat virusų ir bakterijų. Tokio valymo poveikį galima pamatyti be specialios analizės. Pavyzdžiui, įprastas vanduo iš čiaupo pašalina kvapus ir nemalonius skonius. Be to, minėta mineralizacijos funkcija praturtina kompoziciją natūraliais mineralais, tarp kurių yra ir naudingų jonų.

Filtrų gamintojai ir kainos

Galbūt Rusijoje nėra garsesnių vandens filtrų nei „Aquaphor“ produktai. Įmonė gamina itin kompaktiškas automatines sistemas, kurios užtikrina kokybišką valymą ir praturtina naudingus elementus. „Aquaphor“ pasiūlymo ypatybė yra greitą osmosą užtikrinančių sistemų efektyvumas ir praktiškumas. Tokių prietaisų kaina yra 8-9 tūkstančiai rublių. Taip pat populiarūs prekės ženklo „Geyser“ produktai, ypač „Prestige“ serija. Šie filtrai sujungia aukštos kokybės valymą ir paprastą naudojimą. Beje, tokios sistemos atvirkštinio osmoso membranos tarnavimo laikas yra 10 kartų ilgesnis nei standartinių kasečių tarnavimo laikas. Visas tokio filtravimo komplekso komplektas kainuoja apie 10 tūkstančių rublių. Užsienio sistemos su atvirkštine osmoze taip pat yra paklausios vidaus rinkoje, tarp kurių yra ir japonų produktų „Toray“. Kūrėjai siūlo tiesioginio srauto įtaisus, kuriems nereikia bako ir kurie turi atskirą vožtuvą.

Tema: Vandens apykaitos patofiziologija

(mokytoja - medicinos mokslų kandidatė, docentė Abazova Z.Kh.)

Vandens mainų sutrikimai

(dishidrija)

hiperhidratacija hipohidratacija arba dehidratacija

(perteklinis kaupimasis (bendro skysčio tūrio sumažėjimas)

kūno skysčiai)

Hiper- ir hipohidratacija yra suskirstyti į

Išorinis ląstelių kiekis

Pasikeitus skysčio osmosiniam slėgiui

yra hiper- ir hipohidracija

Izosmolinė hiperosmolinė hiposmolinė

Hipohidratacija

Ši pažeidimo forma atsiranda dėl

Arba žymiai sumažėja vandens suvartojimas organizme,

Arba per didelio jo praradimo atveju.

Egzikozė- ekstremalus dehidratacijos laipsnis.

1. Izosmolinė hipohidracija - Tai gana retas sutrikimo variantas, kurio pagrindas yra proporcingas skysčių ir elektrolitų tūrio sumažėjimas. Paprastai ši būklė atsiranda iškart po ūmaus kraujo netekimo, nes prarandame plazmą, o kartu lygiaverčiu būdu prarandame ir vandenį, ir elektrolitus. Šio tipo hipohidratacija neegzistuoja ilgai ir pašalinama dėl kompensacinių mechanizmų įjungimo.

2. Hiposmolinė hipohidracija vystosi dėl skysčio, kuriame gausu elektrolitų, praradimo, t.y. druskos prarandamos daugiau nei vanduo. Pasitaiko, kai:

Inkstų patologija (padidėjus elektrolitų filtracijai ir sumažėjus jų reabsorbcijai),

Žarnyno patologija (viduriuojant, prarandami elektrolitai),

Antinksčių patologija (sumažėjus aldosterono gamybai, sumažėja natrio reabsorbcija inkstuose).

3. Hiperosmolinė hipohidracija vystosi dėl organizmo netekto skysčio, jam trūksta elektrolitų (asolių), t.y. vyrauja vandens praradimas. Tai gali atsirasti dėl:

Vėmimas, poliurija,

Gausus prakaitavimas

Ilgalaikis padidėjęs seilėjimas,

Hipofizės patologija (esant ADH trūkumui - diabetas insipidus - sutrinka vandens reabsorbcija inkstuose),

Polipnėja (prarandamas vanduo per kvėpavimo takus).

Hipohidratacijos patogenezė ir pasekmės:

Dehidratacija sukelia vystymąsi hipovolemija (BCC sumažėjimas) ir arterinė hipotenzija, savo ruožtu skambina kraujotakos hipoksija. Blogėjanti hipoksija skatinti intra- ir ekstravaskulinius mikrocirkuliacijos sutrikimai... Pirmuosius sukelia reikšmingas kraujo reologinių savybių pasikeitimas: jo sustorėjimas, klampumo padidėjimas, sukuriantis sąlygas stazėms ir dumblui išsivystyti mikro induose. Pastarosios yra tarpląstelinės erdvės hipohidratacijos rezultatas, dėl kurio pasikeičia tarpląstelinio skysčio pobūdis.

Besivystanti hipoksija kartu su audinių dehidratacija didina medžiagų apykaitos sutrikimas audiniuose: dideja baltymų skilimas, azoto bazių kiekis kraujyje pakyla (hiperazotemija) daugiausia dėl amoniako (viena vertus, dėl perteklinio jo susidarymo ir, kita vertus, nepakankamos kepenų funkcijos), o kai kuriais atvejais - dėl karbamido (dėl sutrikusios inkstų funkcijos). Priklausomai nuo jonų kiekio pasikeitimo pobūdžio acidozė(netekus natrio, bikarbonato) arba alkalozė(netekus kalio, chloro).

Perdozavimas

Ši pažeidimo forma atsiranda dėl

Arba vandens perteklius patenka į kūną,

Arba nepakankamas jo pašalinimas. Kai kuriais atvejais šie du veiksniai veikia vienu metu.

1. Izosmolinė per didelė hidratacija vystosi, kai tiek vanduo, tiek elektrolitai patenka į organizmą lygiaverčiu santykiu. Įvedus jį į kūną, jis gali būti dauginamas fiziologinio tirpalo perteklius, pavyzdžiui, natrio chloridas. Besivystanti hiperhidrija yra laikino pobūdžio ir paprastai greitai pašalinama (su sąlyga, kad vandens mainų reguliavimo sistema veikia normaliai).

2. Hiposmolinė hiperhidratacija gali atsirasti

Kai į organizmą švirkščiamas didelis kiekis vandens („apsinuodijimas vandeniu“). Apsinuodijimo vandeniu vaizdas susidaro tik pakartotinai vartojant vandens perteklių.

Esant ūminiam inkstų nepakankamumui (šiuo atveju sutrinka vandens išsiskyrimas).

Su Parkhono sindromu (dėl didelio ADH išsiskyrimo į kraują, kuris skatina vandens reabsorbciją inkstuose),

Kai kuriais atvejais tai gali sukelti net nedidelį skysčio kiekį, pavyzdžiui, per vamzdelį, kad būtų galima plauti skrandį, ypač jei pacientas serga inkstų nepakankamumu.

Hiposmolinė hiperhidratacija vienu metu susidaro ekstraląsteliniame ir ląsteliniame sektoriuose, t.y. reiškia visas dishydrijos formas. Intraląstelinę hiposmolinę hiperhidrataciją lydi didelė jonų ir rūgščių-šarmų pusiausvyros pažeidimas, ląstelių membranos potencialas. Apsinuodijus vandeniu, yra pykinimas, pakartotinis vėmimas, traukuliai, koma.

3. Hiperosmolinė per didelė hidratacija gali atsirasti priverstinio naudojimo atveju jūros vanduo kaip gerti. Kaip žinote, jūros vandenyje yra daug elektrolitų (druskų). Greitas elektrolitų lygio padidėjimas tarpląstelinėje erdvėje lemia ūminė hiperosmija, nes plazmolemma neleidžia jonų pertekliui patekti į ląstelę. Tačiau jis negali išlaikyti vandens, o dalis ląstelinio vandens susimaišys į tarpinę erdvę. Dėl to padidėja tarpląstelinė hiperhidratacija, nors hiperosmijos laipsnis mažėja. Tuo pačiu metu pastebima audinių dehidratacija. Šio tipo sutrikimus lydi tie patys simptomai, kaip ir hiperosmolinė dehidratacija. (nepakeliamas troškulys, dėl kurio žmogus vėl geria sūrų vandenį).

Edema

Edema yra Tipiškas patologinis procesas, kuriam būdingas vandens kiekio padidėjimas ekstravaskulinėje erdvėje. Jos vystymasis grindžiamas vandens mainų tarp kraujo plazmos ir perivaskulinio skysčio pažeidimu. Edema yra plačiai paplitusi vandens apykaitos sutrikimo organizme forma.

Tam tikros sąvokos vartojamos kai kurioms edemų formoms, pavyzdžiui, poodinio audinio edemai - anasarka; skysčio kaupimasis pilvo ertmėje - ascitas; pleuros srityje - hidrotoraksas.

Edemos tipai:

Kilmė: Pagal patogenezę:

1. „sustingęs“: - hemodinaminis,

Širdies ("centrinė"), onkotinė,

Veninė („periferinė“), - osmosinė,

Limfinė; - membraninis,

2. inkstas: - limfogeninis.

Jade,

Nefrozinis;

3. uždegiminis;

4. kacheksinis;

5. alergiškas;

6. endokrininė;

7. toksiškas;

8. neurogeninis;

9. alkanas;

10. kepenų.

patogeniniai edemos vystymosi mechanizmai:

1. Hemodinaminis edemos vystymosi mechanizmas. Edema atsiranda dėl padidėjusio kraujospūdžio kapiliarų veninėje dalyje. Tai sumažina skysčio reabsorbcijos kiekį, nes jis ir toliau filtruojamas.

2. Onkotinis edemos vystymosi mechanizmas.

Edema vystosi dėl

onkotinio slėgio mažinimas (P onc)arbapadidinti tarpląstelinio skysčio R onc

kraujo

kraujo netekimas dėl susidėvėjimo vietinis charakteris kuris lemia

mažėjantis lygis baltymai kraujyje ir regioninė edemos forma.

daugiausia albuminas ... Tarpląstelinio skysčio hiperonkija

Hipoproteinemijos priežastys: gali atsirasti, kai:

Nepakankamas baltymų suvartojimas - dalies plazmos baltymų judėjimas į

patenka į organizmą (virškinimo badas, audiniai, kurių patologinis padidėjimas

virškinimo trakto ligos), kraujagyslių sienelių pralaidumas,

Albumino sintezės pažeidimas (kepenų patologija), - baltymų išsiskyrimas iš ląstelių, kai jie

Per didelis kraujo plazmos baltymų praradimas keičiant šlapimą,

sergant kai kuriomis inkstų ligomis (nefroze), padidėja baltymų hidrofiliškumas

pažeista oda, turinti didelę tarpląstelinę erdvę

nudegimai. H +, Na +, histamino pertekliaus įtaka,

serotonino.

Osmosinis edemos vystymosi mechanizmas.

Edema vystosi dėl

osmosinio slėgio mažinimas (P osm)arbapadidėjęs P osm tarpląstelinis skystis

Kraujas

Iš esmės kraujo hipoamija yra ribotas charakteris.

gali atsirasti, tačiau greitai formuojanti hiperosmija gali atsirasti dėl:

tuo pat metu sunkūs homeostazės sutrikimai a) elektrolitų išplovimo pažeidimai ir

Pažeidimo atveju „nepalikite“ laiko metabolitų vystymuisi iš audinių

jo ryški forma. mikrocirkuliacija;

b) sumažinti aktyvų jonų transportavimą

per ląstelių membranas, kai

audinių hipoksija;

c) didžiulis jonų „nutekėjimas“ iš ląstelių

kai jie keičiami;

d) disociacijos laipsnio didinimas

acidozės druskos.

4. Membranogeninis edemos vystymosi mechanizmas ... Edema susidaro dėl žymiai padidėjusio kraujagyslių sienelės pralaidumo. Pagrindiniai jo pralaidumo didinimo veiksniai yra šie:

a) padidėjęs kapiliarų sienelių išsiplėtimas (pavyzdžiui, su arterine hiperemija);

b) didinant jų „akytumą“, t.y. pralaidumas (esant histamino, serotonino pertekliui audiniuose);

c) endotelio ląstelių pažeidimas ir jų apvalinimas (veikiant toksinams, hipoksijai, acidozei ir kt.);

d) bazinės membranos struktūros pažeidimas (fermento aktyvacijos sąlygomis).

Padidėjęs kraujagyslių sienelių pralaidumas palengvina skysčių iš jų pašalinimą. Padidėjus kraujagyslių sienelių pralaidumui, kraujo plazmos baltymai pradeda išeiti į audinį.

Paprastai edemos vystyme dalyvauja ne vienas, o keli ar net visi aukščiau išvardyti mechanizmai, kurie įsijungia nuosekliai, nes sutrinka vandens ir elektrolitų apykaita.

Svarstydami apie geriamojo vandens filtravimo sistemos, buities poreikių pasirinkimą, vartotojai dažnai susimąsto, kas yra atvirkštinė osmozė, nes filtrai pagal jį yra labai populiarūs.

Šis terminas suprantamas kaip procesas, kurio metu, veikiant slėgiui, tirpiklis (dažniausiai atlieka vandens vaidmenį) praleidžia iš dalies pralaidžią membraną iš didesnės koncentracijos tirpalo į mažesnės koncentracijos tirpalą. Ši technologija nėra žmogaus išradimas, ji egzistuoja gyvuose organizmuose, užtikrinant įvairių medžiagų mainus tarp ląstelių. Atvirkštinę osmosą žmonės naudoja gėlinimui arba vandens valymui.

Reikalingas slėgis gali labai skirtis priklausomai nuo šaltinio skysčio savybių. Taigi druskingo jūros vandens gėlinimui reikia apie 70–80 atmosferų, gėlo vandens valymui iš šulinių, centralizuotoms vandens tiekimo sistemoms nuo priemaišų ir taršos-3-4 atmosferos. Padidinus slėgį, tik pagerėja filtravimo kokybė.

Atvirkštinio osmoso filtravimo esmė

Šis metodas leidžia valyti vandenį daug efektyviau nei tradiciniai, remiantis tik mechaniniu didelių teršalų atskyrimu, daugelio medžiagų adsorbcija. Atvirkštinio osmoso atveju filtravimas yra daug mažesnio molekulinio lygio. Net tokia sistema negali užtikrinti 100% valymo, tačiau priemaišos per filtrų membranas praeina nereikšmingu kiekiu. Daugumos neorganinių junginių / elementų filtravimas yra 85–98%. Didelės molekulinės masės organinės medžiagos pašalinamos beveik visiškai. Pagrindinės vandenyje esančios dujos - deguonis, vandenilis - beveik nekeičia savo koncentracijos, t.y. vandens skonis nesikeičia.

Ypač svarbus yra šis faktas: bakterijos ir virusai yra tiesiog didelio dydžio, t.y. filtruojamas, vanduo dezinfekuojamas. Be to, filtrai dažnai būna aprūpinti ultravioletiniais spinduliais, kurie galiausiai sunaikina visus galimus patogenus.

Gautas vanduo yra labai švarus ir gali būti naudojamas gerti ir virti net be papildomo virimo. Dėl minimalaus druskos kiekio beveik visiškai nėra skalės virduliuose, indaplovėse ir skalbimo mašinose. Filtruoto vandens savybės yra panašios į atšildyto vandens savybes. Ne paruošta namuose, gauta tirpstant iškritusiam sniegui, bet iš senovinių ledynų, kurie buvo užšalę net tada, kai planetos ekologija buvo nepalyginamai geresnė.

Osmosinio filtravimo efektyvumas

Natūralu, kad atvirkštinio osmoso sistema negali vienodai gerai veikti visomis sąlygomis. Filtravimo kokybė priklauso nuo:

• Slėgis;
• Temperatūros režimas;
• Aplinkos rūgštingumas;
• Membraninė medžiaga;
• Filtruoto vandens cheminė sudėtis.

Membraninių ląstelių dydis yra toks, kad vandens molekulės laisvai praeina pro jas ir dar mažesnio skersmens. Didesni daiktai vėluoja. Ir kad jie nesikauptų prie filtravimo paviršiaus, sulėtindami valymo procesą, filtre yra papildomas nedidelis vandens srautas, plaunamas į kanalizaciją.

Tačiau tokios membranos yra labai jautrios didelio dydžio priemaišoms. Todėl, norint apsaugoti juos nuo greito nusidėvėjimo, reikia filtro arba visos išankstinio valymo filtrų sistemos, atskiriančios tokius elementus kaip rūdys, smėlis, organinių medžiagų gabalėliai ir pan., Adsorbuojant kai kurias priemaišas, pvz., Chlorą. Priešingu atveju geriausiu atveju pablogės filtravimo kokybė, sulėtės jo greitis, blogiausiu atveju filtras visiškai suges.

Ar filtruotas vanduo toks tobulas?

Su visais privalumais tokios sistemos turi ir trūkumų. Aukštas vandens valymo laipsnis reiškia beveik visišką demineralizaciją. Geriant tokį vandenį, iš organizmo išplaunama daug esminių medžiagų (pavyzdžiui, kalcio, magnio), o tai neigiamai veikia sveikatą, visų pirma kaulų būklę.

Problema išspręsta:

• mineralizatorių įrengimas vandeniui, kuris bus naudojamas gerti (o ne virti, plauti indus, plauti), pridedant tik žmogui būtinų elementų;
• papildomas vitaminų ir mineralų kompleksų vartojimas;
• gerti ne tik vandenį, bet ir kitus gėrimus.

Filtro membranos struktūra

Membranos iš esmės yra labai plonas sietas, kurio akių dydis yra toks mažas, kad jų negalima pamatyti plika akimi. Siekiant didesnio tvirtumo ir stabilumo, membranos gali būti pritvirtintos prie plastikinių tinklų, kurie papildomai apsaugo juos nuo šiurkščių šiukšlių, kurios praėjo visus ankstesnius valymo etapus.

Membranos yra pagamintos iš kompozicinių polimerinių medžiagų. Jų pralaidumas nėra pakankamai didelis, kad patenkintų mažo ploto vartotojų poreikius. Todėl filtrų gamintojai stengiasi maksimaliai padidinti šią sritį juos ridendami.

Pagrindinės membranos savybės:

• Produktyvumas (t. Y. Kiek vandens išgryninama per laiko vienetą);
• Filtravimo laipsnis (kiek procentų gaunamo vandens yra išvalytas). Neapdorotą vandenį galima tiesiog nusausinti į kanalizaciją arba naudoti augalų laistymui, skalavimui ir kitiems buities darbams, kai idealus skysčio grynumas nėra ypač svarbus.

Filtro pasirinkimas

Renkantis atvirkštinio osmoso sistemą, turėtumėte atkreipti dėmesį ne tik į jų kokybę ir našumą, bet ir į jiems reikalingą įeinančio skysčio slėgį. Galbūt vandens iš čiaupo neužteks, tada geriau pasirinkti kitą filtrą, kuris veikia esant žemesniam slėgiui arba turi įmontuotą siurblį, arba sumontuoti siurblį atskirai.

Namuose naudojami atvirkštinio osmoso filtrai gali išvalyti porą šimtų litrų vandens per dieną, o tai yra daugiau nei pakankamai vidutinės šeimos poreikiams. Pramonės įmonėms naudojami daug galingesni įrenginiai, filtruojantys šimtus kartų didesnius kiekius.

Apibendrinant

Apskritai atvirkštinis osmosas, nepaisant jo paprastumo, užtikrina aukštą vandens valymo ir dezinfekcijos laipsnį. Todėl šią technologiją naudojantys filtrai visiškai pateisina jų pirkimo, priežiūros ir remonto išlaidas.