Brzmi groźnie, choć wcale groźne nie jest. Osmoza to naturalne zjawisko, w którym cząsteczki wody przemieszczają się przez półprzepuszczalną membranę z roztworu o niższym stężeniu do roztworu o wyższym stężeniu. Na czym polega zjawisko osmozy i odwróconej osmozy? Jaka jest różnica między osmozą, a dyfuzją? Jaką rolę odgrywa osmoza w organizmie człowieka?
Na czym polega osmoza?
Osmoza jest to dyfuzja rozpuszczalnika (najczęściej wody, choć nie tylko) przez membranę półprzepuszczalną rozdzielającą dwa roztwory o różnym stężeniu.
Dążąc do wyrównania stężeń woda lub inny rozpuszczalnik przenikają z roztworu o niższym stężeniu danej substancji do tego o wyższym stężeniu. Przy okazji więc substancja po drugiej stronie membrany zostaje bardziej rozpuszczona.
Pierwszy raz zjawisko osmozy opisał francuski fizyk Jean-Antoine Nollet, gdy w 1748 roku przedstawił eksperyment, w którym zamknięty i wypełniony alkoholem odtłuszczony świński pęcherz zanurzono w wodzie.
W przeciągu kilku godzin do pęcherza napłynęło tyle wody, że wybrzuszył się on pod wielkim ciśnieniem, aż finalnie po przekłuciu igłą wystrzeliła z niego mała fontanna.
To zainspirowało późniejszych twórców i konstruktorów do wytwarzania sztucznych błon półprzepuszczalnych, np. celofanu. Zjawisko osmozy zaczęto więc wykorzystywać w różnych dziedzinach życia i substancjach, w tym w przemyśle.
Zrozumienie działania osmozy znaczne ułatwi zrozumienie odwróconej osmozy, jednego z kluczowych sposobów uzdatniania wody.
Osmoza, a odwrócona osmoza? Czym się różnią?
Tu i tu kluczową rolę odgrywa tak naprawdę błona, czyli membrana. Musi mieć ona inną przepuszczalność dla rozpuszczalnika, jak i substancji rozpuszczanej. Membranę tę najłatwiej zwizualizować sobie jako gąbkę o takich rozmiarach porów, że większe cząsteczki zatrzymuje, a mniejsze przepuszcza.
W naturalnym zjawisko osmozy mamy do czynienia z wodą, którą dąży do wyrównania stężeń po obu stronach błony/membrany.
W zjawisku odwróconej osmozy natomiast wykorzystujemy wymuszony przepływ rozpuszczalnika z roztworu o większym stężeniu do tego o mniejszym stężeniu. Finalnie więc po jednej ze stron otrzymamy bardzo dużo rozpuszczalnika, a po drugiej nagromadzonej substancji, np. odsączonej soli.
W procesie odwróconej osmozy pory membrany osmotyczne są bardzo wąskie, a woda przepuszczana jest pod wysokim ciśnieniem. Dzięki temu wszelkie mikrozanieczyszczenia zostają zatrzymane ze skutecznością sięgającą nawet do 99 %, a otrzymana woda jest czysta i w pełni zdrowa.
Półprzepuszczalne membrany osmotyczne stanowią więc świetny filtr w procesie uzdatniania wody. W ten sposób, dzięki odwróconej osmozie, wodę można oczyścić np. z:
- Soli
- Związków mineralnych: wapnia, magnezu, żelaza, fluoru
- Metali ciężkich
- Chemikaliów
- Bakterii i wirusów
Filtr odwróconej osmozy nie jest natomiast skuteczny w usuwaniu szkodliwych gazów i przykrych zapachów. Dlatego też nie poradzi sobie np. z siarkowodorem, pestycydami i lotnymi związkami organicznymi, np. formaldehydem, acetonem, benzenem. Nie pozbędzie się też tlenu czy dwutlenku węgla.
Więcej o filtrach do wody piszemy w artykule: Filtry do wody – Opinie lekarzy
Dyfuzja a osmoza?
Zarówno zjawisko dyfuzji, jak i osmozy polega na przenikaniu cząsteczek z obszaru wyższego stężenia do obszaru o niższym stężeniu. W dyfuzji zjawisko to odbywa się jednak w nieskrępowany sposób. W osmozie natomiast kluczową rolę pełni bariera selektywna w postaci osmotycznej membrany.
Osmoza w organizmach żywych
Przyciąganie przez wodę cząsteczek naładowane elektrycznie wyjaśnia dlaczego zjawisko osmozy jest tak istotne u wszystkich organizmów żywych.
Najbardziej widoczne wykorzystanie osmozy mamy w nerkach. Gdy nasze ciało ma deficyt wody, mózg wysyła sygnał do nerek, aby zatrzymać więcej wody, koncentrując się na moczu.
Dzieje się to za sprawą uwalnianego przez mózg hormonu ADH (hormonu antydiuretycznego, który płynie w krwiobiegu do nerek.
ADH powoduje otwarcie kanałów wodnych w nerkach, zwiększając wchłanianie wody z moczu do krwiobiegu. Nerki poprzez procesy osmotyczne odgrywają kluczową rolę w osmoregulacji, czyli utrzymaniu stałego składu i objętości płynów ustrojowych oraz równowagi wodno-elektrolitowej w organizmie.
Osmoza wykorzystywana jest powszechnie także przez rośliny. Komórki roślinne celowo wykorzystują osmozę, by zmienić kształt swoich komórek.
Gdy roślina chce się usztywnić, pompuje więcej soli do komórek, które będą gromadzić wodę dzięki zjawisku osmozy. Obrzęk komórek wskutek nagromadzonej wody sprawia, że roślina staje się sztywna i wyprostowana.
