Osmotiskais spiediens

Osmotiskais spiediens (apzīmē ar π) ir spiediens, kas pielikts puscaurlaidīgai membrānai, kas atdala divus dažādas koncentrācijas šķīdumus, un vērsts virzienā no atšķaidītākā šķīduma (robežgadījumā — tīra šķīdinātāja) uz koncentrētāku. To var definēt arī kā papildspiedienu, kas jāpieliek koncentrētākajam šķīdumam, piemēram, ar virzuļa palīdzību, lai apturētu osmozi jeb izlīdzinātu šķīdumu līmeņus.

Osmotiskais spiediens var būt visai liels. Koka stumbrā ūdens ar tajā izšķīdušajām minerālvielām pa ksilēmu pārvietojas no saknēm līdz pašai galotnei — to nevar nodrošināt tikai kapilārās parādības; piemēram, sekvojas augstumā var pārsniegt 100 m. Cits svarīgs piemērs ir asins šūnas. Atšķirībā no koka vadaudiem, kur šķīduma plūsma nav ierobežota, cilvēka audos šķīdums ir tiešā saskarsmē ar dzīvām šūnām. Ja tas ir pārāk atšķaidīts, šūnas uz āru vērstā citoplazmas osmotiskā spiediena dēļ var pārplīst. Tāpēc injekcijām domātās zāles pirms ievadīšanas izšķīdina asinīm izotoniskā šķīdumā (π ≈ 770 kPa), kuru pagatavo no nātrija hlorīda (vārāmās sāls). Ja NaCl koncentrācija būtu mazāka, tad audu šūnas nonāktu hipotoniskā vidē, kas veicinātu to uzbriešanu ieplūstošā ūdens dēļ un, galu galā, pārplīšanu.

Sarkano asinsķermenīšu mijiedarbība ar šķīdumiem, kam atšķiras osmotiskais spiediens.

Un pretēji, ja ievadītu pārāk stipru sāls šķīdumu (3-5-10%, hipertoniskie šķīdumi), tad ūdens plūstu ārā no šūnām, un tās sarautos. Augu šūnas tad var atrauties no šūnapvalka, ko sauc par plazmolīzi. Ja šūnas paspēj pārvietot atšķaidītākā šķīdumā, iekams tās vēl nav gājušas bojā, tad notiks pretējs process — deplazmolīze.

Šķīduma radītā osmotiskā spiediena vērtība ir atkarīga no izšķīdušo vielu molekulu vai jonu (ja viela šķīstot disociē) daudzuma, bet ne no šīs vielas dabas. Tas nozīmē, ka osmotiskais spiediens pieder pie šķīdumu koligatīvām īpašībām. Jo lielāka ir izšķīdušās vielas koncentrācija, jo lielāku osmotisko spiedienu rada šķīdums. To sauc par osmotiskā spiediena likumu, un tas ir ļoti līdzīgs kādam no ideālo gāzu likumiem:

$\pi =i\cdot C_{M}\cdot R\cdot T$ ,
kur i — šķīduma izotoniskais koeficients; C_M — šķīduma molārā koncentrācija, kas izteikta caur SI pamatvienību kombināciju, tas ir, ${\frac {mol}{m^{3}}}$ , nevis ierastos ${\frac {mol}{l}}$ ; R — gāzu universālā konstante; T — šķīduma termodinamiskā temperatūra.

Tas parāda arī to, ka šķīdinātāja viskozā vidē izšķīdušās vielas molekulas uzvedās līdzīgi gāzes molekulām gaisā. Šo analoģiju pamatoja Ž. B. Perēns 1906. g., pētot gumiguta sveķu emulsiju ūdenī — to kustība visumā atbilda Bolcmaņa sadalījumam.

Osmotisko spiedienu, kas ir atkarīgs no olbaltumvielu daudzuma šķīdumā, sauc par onkotisko spiedienu (0,03 — 0,04 atm.). Ilgstošās badošanās, nieru slimību rezultātā olbaltumvielu saturs asinīs krītas, līdz ar ko krītas arī šķīduma onkotiskais spiediens, un rodas onkotiskās tūskas — ūdens no asinīm pāriet audos, kur ir lielāks π_onk.. Pūžņojošo (strutojošo) procesu gadījumā iekaisuma avotā π_onk. pieaug 2—3 reizes, jo olbaltumvielu sadalīšanās rezultātā daļiņu skaits šķīdumā pieaug. Cilvēka organismā jābūt konstantam osmotiskajam spiedienam π ≈ 7,7 atm. Tāpēc pacientiem ievada plazmai izotoniskus šķīdumus (0,9% NaCl — fizioloģiskais šķīdums, 5% glikozes šķīdums). Hipertoniskos šķīdumus ar π > π_plazmai lieto brūču attīrīšanai no strutām (10% NaCl), alerģisko nianšu noņemšanai (10% CaCl₂, 20% glikoze), kā caurejas līdzekļus (Na₂SO₄∙10H₂O, MgSO₄∙7H₂O).

Osmotiskā spiediena likumu var izmantot arī vielas molmasas noteikšanai (kopā ar dažādiem citiem zināmajiem datiem).

Skatīt arī

Literatūra

Kokars, V. Vispārīgā ķīmija (1. daļa). Rīga:RTU izdevniecība, 2009.—286 lpp.
Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: Учебное пособие для втузов - Москва:Высшая школа, 1989.—с. 113