Hücre zarının işlevini anlamak için, bir zarla ikiye bölünmüş bir oda düşünelim. Ayrıca, maddenin bazı parçacıklarının zardan geçebileceğini, bazılarının geçemeyeceğini varsaydı. Bu zara diferansiyel olarak geçirgen (veya seçici olarak geçirgen) denir. Odanın iki yarısı arasındaki maddenin difüzyonu zarı nasıl etkiler? Odanın, seçici olarak geçirgen bir zarla bölünmüş U-şekilli bir tüp olduğunu varsayalım. A bölümünde saf su ve B bölümünde aynı miktarda şeker çözeltisi (suda çözünmüş şeker) bulunmalıdır. Her iki taraf da aynı başlangıç sıcaklığını ve basıncını yaşar. membran su geçirgen ise; Ancak şeker şekere karşı geçirgen değilse, su molekülleri zardan A’dan B’ye ve B’den A’ya her iki yönde geçebilecektir.
Bir çözücünün (genellikle su) seçici geçirgen bir zardan geçişine ozmoz denir. Biyolojik zarlar seçici olarak geçirgendir ve suyun içlerinden hareketi ozmotik bir temelde gerçekleşir. Küçük yağda çözünen moleküller gibi bazı çözünenler de biyolojik zarlardan kolayca geçer. U şeklindeki tüpün içinde zarın her iki yanında su bulunduğundan, zardan önce geçen su moleküllerinin belirgin bir etkisinin olmadığı görülmektedir. Ancak şeker çözeltisi ile saf su arasındaki farkı daha dikkatli düşünün. Maddelerin yüksek konsantrasyonlu alanlardan düşük konsantrasyonlu alanlara yayıldığı açıktır. A tarafında daha yoğun olan su, B tarafına hareket etme eğilimindedir; Şeker molekülleri ise bir tarafa geçemezler ve zar tarafından B kısmında tutulurlar.
Su moleküllerinin neden A noktasından B noktasına geçtiğini zarın kendisinde de olayları göstererek görebiliriz. A tarafında belli bir sürede zara çarpacak moleküllerin tamamı su molekülüdür ve zar suyu geçirgen olduğundan su moleküllerinin çoğu A noktasından B noktasına zardan geçer. Tersine, B tarafında aynı sürede zara çarpan moleküllerin bir kısmı zardan geçebilen su molekülleri, bir kısmı ise geçemeyen şeker molekülleri olacaktır. Çünkü zar şeker moleküllerini geçirmez. O halde herhangi bir örnekte, B yüzündeki zar-ötesi kanalların bir kısmı şeker moleküllerine bağlanırken diğerleri suya bağlanırken, A yüzündeki kanallara giren tüm moleküller su molekülleridir. Birim zamanda A tarafından B tarafına daha fazla su molekülü zardan geçeceği için; Net ozmoz da A’dan B’ye olacaktır.
Bunu entropi açısından daha kısa ve öz olarak düşünebiliriz. Saf suda su moleküllerinin dizilişi çok düzenlidir. Öyle ki her moleküler bölge bir su molekülü ile doludur. Bununla birlikte, şeker çözeltisinde oturma üniform değildir. Burada bulunan her moleküler bölge, bir su molekülü veya bir şeker molekülü ile doldurulur.
Düzenli sistemler, düzensiz sistemlerden daha fazla serbest enerjiye sahiptir. Burada da saf sudaki düzenli su molekülleri (a tarafı), şeker çözeltisindeki (b tarafı) düzensiz su moleküllerinden daha fazla serbest enerjiye sahiptir. A’dan B’ye su molekülleri için bir serbest enerji gradyanı vardır. Difüzyonla ilgili genellememize göre, bu gradyanı A’dan B’ye indiren suyun net hareketi olacaktır. Belki de bir U’nun içinde ne olduğunu hatırlamanın en kolay yolu -tüp, difüzyonun genel kuralını hatırlamak ve bunu şu duruma uygulamaktır: Su, yüksek su konsantrasyonu olan bir alandan (yani saf su) düşük su konsantrasyonu olan bir alana hareket eder. su konsantrasyonu.
Şimdi birkaç genelleme daha yapacak durumdayız. Suda ozmotik olarak aktif maddelerin (çözünür parçacıklar veya koloidal dispersiyonlar) varlığında, su moleküllerinin serbest enerjisi sürekli olarak azalır (genellikle kolloidal parçacıklar, bir çözünenin ayrı ayrı parçacıklarından daha büyüktür. Gerçek bir süspansiyonun büyük parçacıklarından farklı olarak, bunlar sıvı bir ortamda öngörülebilir oranlarda mevcut değildir). Bir sıvının ozmotik konsantrasyonu, sıvının serbest enerjisinin “birim hacim başına ozmotik olarak aktif parçacıkların sayısı” ile doğrudan ilişkilidir. U-tüp örneğinde, su moleküllerinin serbest enerjisindeki azalma ozmotik konsantrasyonla orantılıdır. Düşük serbest enerjinin nedeni, ozmotik olarak aktif parçacıkların su moleküllerinin normal 3B çizgilerini bir şekilde bozmasıdır.
Daha sonra her çözelti, ozmotik konsantrasyonuna bağlı olarak belirli bir serbest enerjiye sahiptir. Sabit basınç ve sıcaklık koşulları altında bu serbest enerji hesaplanabilir; Buna ozmotik potansiyel denir. (Saf suyun ozmotik potansiyel değeri sıfırdır. Ozmotik konsantrasyon arttıkça ozmotik potansiyel azalır. Tüm çözeltilerin değerleri sıfırdan küçüktür.) İki farklı çözelti birbirinden yalnızca su geçirgen bir zarla ayrılırsa, sıcaklık ve basınç sabit kaldığında, suyun net hareketi daha düşük ozmotik konsantrasyonlu bir çözeltiden daha yüksek ozmotik konsantrasyonlu bir çözeltiye olacaktır. Ozmotik konsantrasyon gradyanı ne kadar yüksek olursa, hareket o kadar hızlı olur.
Su, ozmotik potansiyelin hızındaki farkın derecesiyle orantılı olarak yüksek ozmotik potansiyele sahip bölgeden düşük potansiyele sahip bölgeye akar.
1. Suda ozmotik olarak aktif maddeler (çözünmüş veya koloidal olarak dağılmış parçacıklar) varsa, su moleküllerinin serbest enerjisi sürekli olarak azalır.
2. Su moleküllerinin serbest enerjilerindeki azalma, ozmotik konsantrasyonla orantılıdır.
3. Suyun net hareketi, düşük ozmotik konsantrasyonlu bir çözeltiden yüksek ozmotik konsantrasyonlu bir çözeltiye olacaktır.
U şeklindeki tüpteki suyun net hareketi A’dan B’ye ise, sıvının hacmi B tarafında artacak ve A tarafında azalacaktır. Seçici geçirgenlik bu işlemin sonsuza kadar devam etmesine mi neden olacak yoksa bir denge noktası mı olacak? ulaşmış? Belli ki duracak. neden? Tabii ki, sıvı kolonu yerçekimi kuvveti tarafından aşağı çekiliyor. Şaft yükseldikçe, ağırlığı aşağı doğru hidrostatik basıncı artırmak için kuvvet uygular. Artan basınçla şeker çözeltisindeki suyun serbest enerjisi yükselir; Çünkü basıncın kendisi bir tür serbest enerjidir (faydalı enerji). Sonuç olarak, şeker çözeltisi sütunu o kadar yükselir ki, basıncı ve serbest enerjisi öyle bir hale gelir ki, su molekülleri zardan B’den A’ya, A’dan B’ye geçerken olduğu gibi aynı hızda itilir.
Su aynı hızda ancak membrandan ters yönde geçerken, serbest enerjisi ve ozmotik potansiyeli ile sistem dinamik dengededir. Yani zarın bir tarafında serbest enerjiye sahip saf su, diğer tarafında ise kolonun ozmotik potansiyeli ve hidrostatik basıncı bulunmaktadır. Açıkçası, zar boyunca değişimdeki fark ne kadar büyükse, iki taraf arasındaki ozmotik potansiyel farkı da o kadar büyük olur ve bu fark hidrostatik basınçtaki değişime eşit olmadan önce çözeltinin sütun yüksekliği yükselecektir.
Bir ozmotik konsantrasyon, ağırlıkça bir konsantrasyon değildir; Ancak, moleküler veya iyonik konsantrasyondan ziyade birim hacim başına çözünen parçacıkların toplam sayısı olduğunu bilmek önemlidir. Aynı çözeltide birkaç tür çözünen varsa, bu çözeltinin ozmotik konsantrasyonu, tüm farklı parçacıkların toplamı (birim hacim başına) ile belirlenir.
Çözünen iyonize ise, her biri ozmoz açısından farklı bir parçacık gibi davranır. Suda çözünen bir mol sodyum klorür (NaCl), iki mol parçacık üretir. Sodyum iyonları ve anyonları. Koloidal parçacıklar da toplam ozmotik konsantrasyona katılır.
kaynak:
Khan Akademisi
yazar: bronzlaştırıcı tonik
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]