Stężenie osmotyczne - Osmotic concentration

Stężenie osmotyczne , dawniej znane jako osmolarność , jest miarą stężenia substancji rozpuszczonej , definiowaną jako liczba osmoli (Osm) substancji rozpuszczonej na litr (L) roztworu (osmol/L lub Osm/L). Osmolarność roztworu jest zwykle wyrażana jako Osm/L (wymawiane „osmolarny”), w ten sam sposób, w jaki molarność roztworu jest wyrażana jako „M” (wymawiane „molarny”). Podczas gdy molarność mierzy liczbę moli substancji rozpuszczonej na jednostkę objętości roztworu, osmolarność mierzy liczbę osmoli cząstek substancji rozpuszczonej na jednostkę objętości roztworu. Wartość ta pozwala na pomiar ciśnienia osmotycznego roztworu i określenie, w jaki sposób rozpuszczalnik będzie dyfundował przez półprzepuszczalną membranę ( osmoza ) oddzielającą dwa roztwory o różnych stężeniach osmotycznych.

Jednostka

Jednostką stężenia osmotycznego jest osmol . Jest to jednostka miary spoza układu SI , która określa liczbę moli substancji rozpuszczonej, które mają wpływ na ciśnienie osmotyczne roztworu. Milliosmole ( mOsm ) wynosi 1 / 1,000 o osmol. Microosmole ( μOsm ) (pisane także microosmole ) wynosi 1/1000000 o osmol.

Rodzaje substancji rozpuszczonych

Osmolarność różni się od molarności, ponieważ mierzy osmole cząstek substancji rozpuszczonej, a nie moli substancji rozpuszczonej. Różnica powstaje, ponieważ niektóre związki mogą dysocjować w roztworze, podczas gdy inne nie.

Związki jonowe , takie jak sole , mogą dysocjować w roztworze na swoje składowe jony , więc nie ma związku jeden do jednego między molarnością a osmolarnością roztworu. Na przykład chlorek sodu (NaCl) dysocjuje na jony Na + i Cl − . Zatem na każdy 1 mol NaCl w roztworze przypada 2 osmole cząstek substancji rozpuszczonej (tj. roztwór 1 mol/L NaCl to roztwór 2 osmol/L NaCl). Zarówno jony sodu, jak i chlorki wpływają na ciśnienie osmotyczne roztworu.

Innym przykładem jest chlorek magnezu (MgCl 2 ), który dysocjuje na jony Mg 2+ i 2Cl − . Na każdy 1 mol MgCl 2 w roztworze, są 3 osmolę z rozpuszczonych cząstek.

Związki niejonowe nie dysocjują i tworzą tylko 1 osmol substancji rozpuszczonej na 1 mol substancji rozpuszczonej. Na przykład roztwór glukozy o stężeniu 1 mol/L ma wartość 1 osmol/L.

Wiele związków może przyczyniać się do osmolarności roztworu. Na przykład, roztwór 3 Osm może składać się z: 3 moli glukozy lub 1,5 mola NaCl lub 1 mol glukozy + 1 mol NaCl lub 2 moli glukozy + 0,5 mola NaCl lub dowolnej innej takiej kombinacji.

Definicja

Osmolarność roztworu wyrażoną w osmolach na litr (osmol/l) oblicza się z następującego wyrażenia:

gdzie

  • φ jest współczynnikiem osmotycznym , który odpowiada za stopień nieidealności rozwiązania. W najprostszym przypadku jest to stopień dysocjacji substancji rozpuszczonej. Wtedy φ wynosi od 0 do 1, gdzie 1 oznacza 100% dysocjacji. Jednak φ może być również większe niż 1 (np. dla sacharozy). W przypadku soli efekty elektrostatyczne powodują, że φ jest mniejsze niż 1, nawet jeśli wystąpi 100% dysocjacja (patrz równanie Debye-Hückel );
  • n to liczba cząstek (np. jonów), na które dysocjuje cząsteczka. Na przykład: glukoza ma n równe 1, podczas gdy NaCl ma n równe 2;
  • C to stężenie molowe substancji rozpuszczonej;
  • indeks i reprezentuje tożsamość konkretnej substancji rozpuszczonej.

Osmolarność można zmierzyć za pomocą osmometru, który mierzy właściwości koligatywne , takie jak obniżenie temperatury zamarzania , ciśnienie pary lub podwyższenie temperatury wrzenia .

Osmolarność a toniczność

Osmolarność i toniczność są pokrewnymi, ale odrębnymi pojęciami. Zatem terminy kończące się na -osmotyczny (izosmotyczny, hiperosmotyczny, hiposmotyczny) nie są synonimami terminów kończących się na -toniczny (izotoniczny, hipertoniczny, hipotoniczny). Terminy są powiązane, ponieważ oba porównują stężenia substancji rozpuszczonych w dwóch roztworach oddzielonych membraną. Warunki są różne, ponieważ osmolarność uwzględnia całkowite stężenie substancji rozpuszczonych penetrujące i niepenetrującym substancje rozpuszczone, a toniczność uwzględnia całkowite stężenie substancji rozpuszczonych spoza swobodnie przenikających tylko .

Penetrujące substancje rozpuszczone mogą dyfundować przez błonę komórkową , powodując chwilowe zmiany objętości komórek, ponieważ substancje rozpuszczone „ciągną” ze sobą cząsteczki wody. Niepenetrujące substancje rozpuszczone nie mogą przenikać przez błonę komórkową; dlatego, aby roztwory osiągnęły równowagę, musi nastąpić ruch wody przez błonę komórkową (tj. osmoza ) .

Rozwiązanie może być zarówno hiperosmotyczne, jak i izotoniczne. Na przykład płyn wewnątrzkomórkowy i zewnątrzkomórkowy może być hiperosmotyczny, ale izotoniczny – jeśli całkowite stężenie substancji rozpuszczonych w jednym przedziale jest inne niż w drugim, ale jeden z jonów może przenikać przez błonę (innymi słowy substancja penetrująca) , ciągnąc ze sobą wodę, nie powodując w ten sposób zmian netto objętości roztworu.

Osmolarność osocza a osmolalność

Osmolarność osocza można obliczyć z osmolalności osocza za pomocą następującego równania:

Osmola R ity = Osmola l ity * (ρ zol - C )

gdzie:

  • ρ zol jest gęstość w roztworze w g / ml, po czym 1,025 g / ml w osoczu krwi .
  • c a jest stężeniem ( bezwodnym ) substancji rozpuszczonej w g/ml – nie mylić z gęstością wysuszonego osocza

Według IUPAC osmolalność jest ilorazem ujemnego logarytmu naturalnego racjonalnej aktywności wody i masy molowej wody, podczas gdy osmolarność jest iloczynem osmolalności i gęstości masowej wody (znanej również jako stężenie osmotyczne).

Mówiąc prościej, osmolalność jest wyrażeniem stężenia osmotycznego substancji rozpuszczonej na masę rozpuszczalnika, podczas gdy osmolarność na objętość roztworu (a zatem konwersja przez pomnożenie przez gęstość masową rozpuszczalnika w roztworze (kg rozpuszczalnika/litr roztworu).

gdzie m i jest molowością składnika i.

Osmolarność/osmolalność osocza jest ważna dla utrzymania właściwej równowagi elektrolitycznej w krwiobiegu. Niewłaściwa równowaga może prowadzić do odwodnienia , zasadowicy , kwasicy lub innych zagrażających życiu zmian. Hormon antydiuretyczny (wazopresyna) jest częściowo odpowiedzialny za ten proces poprzez kontrolowanie ilości wody, jaką organizm zatrzymuje z nerek podczas filtrowania krwi.

Zobacz też

Bibliografia

  • DJ Taylor, NPO Green, GW Stout Biological Science

Zewnętrzne linki