삼투에 관한 질문
Costanzo의 생리학에서 :
물의 삼투는 물의 확산 이 아닙니다 . 삼투는 압력 차이로 인해 발생하는 반면 확산은 물의 농도 (또는 활동) 차이로 인해 발생합니다.
또한 Costanzo에서 반투막으로 분리 된 두 가지 용액 1과 2와 더 높은 농도의 용질을 가진 1을 설명합니다.
용액 1의 용질은 삼투압을 생성하고 용질과 막의 기공과의 상호 작용에 의해 용액 1의 정수압을 감소시킵니다. 그 결과 막을 가로 지르는 정수압 차이로 인해 물이 용액 2에서 용액 1로 흐르게됩니다. .
내 질문은 :
용질은 어떻게 안압을 생성하며, 막 기공과 어떤 유형의 상호 작용이 궁극적으로 물의 움직임을 유도하는 정수압의 감소를 유발합니까?
답변
삼투압
- 순 물 확산이 0이 아닌 결과입니다.
- 반투막의 양면에서 동일하지 않은 수분 활동의 결과입니다.
- 이는 용해 된 용질이 물의 활동을 감소 시킨다는 사실의 결과입니다.
자유 용액의 삼투압은 공식적으로이 용액에 작용하여 반투막의 반대쪽에있는 순수한 용매와 확산 평형을 유지하는 데 필요한 외부 압력입니다.
외부 압력을 가하면 단물에서 탈 이온수 (고가의 증류수 대체)를 생산하거나 해수의 담수화에 널리 사용되는 잘 알려진 역 삼투압이 발생합니다.
삼투는 외부 압력 (예 : 대기압)에 의해 완전히 상쇄 될 때까지 계속됩니다. 예 : 삼투압이있는 경우$\pu{1 atm}$, 삼투는 $\pu{10 m}$높은 용액 컬럼 (결국 용액 밀도에 의해 수정 됨). 마찬가지로 외부 압력을 사용해야합니다.$\pu{p > 1 atm}$ 역삼 투를 시작합니다.
책에서 주된 이유가 정수압 차이라고 말하면 잘못된 것입니다. 밀도는 같지만 삼투압이 다른 두 가지 용액을 가질 수 있습니다. 반대쪽 멤브레인 측면에서 이들을 결합하면 초기에 동일하고 정수압 차이가 0이더라도 용액 수준의 불균형이 발생합니다.
Poutnik의 답변 외에도 질문에 대한 몇 가지 의견을 추가하고 싶습니다.
첫 번째 문장 '물 삼투는 물의 확산이 아니다 : ....'는 틀렸다.
삼투의 원인은 단순히 확산입니다. 용매는 용질이 아닌 반투과성 막을 통해 확산 될 수 있습니다. 확산이 농도가 감소하는 방향으로 만 발생한다고 가정하는 것은 오히려 이것을 유발하는 화학적 전위의 차이입니다.
문 2도 잘못되었습니다. 용질이 너무 커서 통과 할 수 없지만 용질은 그렇지 않다는 점 외에는 삼투를 일으키는 반투과성 막과 용질과 특별한 상호 작용이 없습니다.
압력 차는 삼투를 일으키는 것이 아니라 평형에 도달 할 때 화학적 전위의 균등화입니다. 압력 차이는이 과정의 결과입니다.
불 휘발성 용질 (단백질 등)로 구성된 용액은 용액 부피의 일부가 이제 용질로 흡수되기 때문에 순수한 용매보다 증기압이 낮습니다. 열역학적 측면에서 이것은 용액의 화학적 잠재력이 순수한 용매의 화학적 잠재력보다 적다는 것을 의미합니다 (즉, Raoult의 법칙). 화학적 평형 을 회복하기 위해서는 화학적 포텐셜이 같아야하며 이것은 용매가 용액으로 확산되어 희석함으로써 달성됩니다 (즉, 순수한 용매로 만들어 화학적 포텐셜을 증가시키려는 시도). 그 결과 용액의 부피가 증가하고 (예 : 용액을 튜브 위로 밀어 올림으로써 볼 때) 특정 정수압에서 평형이 회복됩니다.
용질은 어떻게 안압을 생성합니까?
용질은 용매의 통과 만 허용하는 선택적으로 투과 가능한 막으로 분리 된 두 챔버에서 용매의 화학적 전위에 차이를 만듭니다. 화학적 전위의 불균형을 줄이는 것과 같은 시스템 변경이 발생하는 유일한 방법은 한 챔버에서 다른 챔버로의 용매 확산을 통해 높은 전위 챔버에서 용질의 농도를 줄이는 것입니다.
분자 수준에서 확산은 임의의 분자 운동과 화학적 전위에 관계없이 모든 유체 물질에서 항상 발생하는 과정입니다.
막 기공과 어떤 유형의 상호 작용이 정수압을 감소시켜 궁극적으로 물의 움직임을 유도합니까?
삼투의 경우, 용매 이동은 정수압에 의해 발생하지 않습니다. 오히려 그 반대입니다. 더 농축 된 챔버에서 정수압을 높이면 챔버에서 용매의 화학적 전위가 증가하여 결국 평형 상태가됩니다.
멤브레인은 선택적 필터입니다. 용질과 막의 상호 작용은 용질 통과를 손상시켜 (공극은 용매 만 통과하도록 허용) 삼투를 유도하는 농도 구배를 유지합니다.