Όσμωση vs Διάχυση – Ορισμός και Παραδείγματα
Η όσμωση και η διάχυση είναι δύο σημαντικοί τύποι μαζικής μεταφοράς. Ακολουθούν οι ορισμοί της όσμωσης και της διάχυσης, παραδείγματα κάθε διαδικασίας και μια ματιά στις διαφορές μεταξύ τους.
Ορισμοί όσμωσης και διάχυσης
Όσμωση – Όσμωση είναι η κίνηση των σωματιδίων του διαλύτη (συνήθως του νερού) σε μια ημιπερατή μεμβράνη από ένα αραιό διάλυμα σε ένα συμπυκνωμένο διάλυμα. Ο διαλύτης αραιώνει το συμπυκνωμένο διάλυμα μέχρι να εξισωθεί η συγκέντρωση και στις δύο πλευρές της μεμβράνης.
Διάχυση – Διάχυση είναι η μετακίνηση σωματιδίων διαλύτη και διαλυμένης ουσίας από περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης σε χαμηλότερη συγκέντρωση. Σε κατάσταση ισορροπίας, το καθαρό αποτέλεσμα είναι μια ομοιογενής συγκέντρωση σε όλο το μέσο.
Παραδείγματα όσμωσης και διάχυσης
Παραδείγματα όσμωσης :Το μούσκεμα των καραμέλες gummy bear είναι μια εύκολη επίδειξη όσμωσης. Η ζελατίνη στα ζαχαρωτά λειτουργεί ως ημιπερατή μεμβράνη. Ένα καλό παράδειγμα βιολογίας είναι η διόγκωση των ερυθρών αιμοσφαιρίων όταν τοποθετούνται σε γλυκό νερό και η συρρίκνωσή τους (δημιουργία) όταν τοποθετούνται σε αλμυρό νερό. Η πρόσληψη νερού από τις τρίχες των ριζών των φυτών είναι ένα άλλο παράδειγμα όσμωσης.
Παραδείγματα διάχυσης :Ένα καλό παράδειγμα διάχυσης είναι ο τρόπος με τον οποίο το άρωμα γεμίζει ένα ολόκληρο δωμάτιο. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η κίνηση μικρών μορίων και ιόντων κατά μήκος της κυτταρικής μεμβράνης. Η ρίψη χρωστικών τροφίμων στο νερό είναι ένα παράδειγμα διάχυσης. Συμβαίνουν και άλλες διεργασίες, αλλά η διάχυση είναι η κύρια μέθοδος μεταφοράς.
Σύγκριση ομοιοτήτων
Υπάρχουν ομοιότητες μεταξύ της όσμωσης και της διάχυσης:
- Τόσο η όσμωση όσο και η διάχυση είναι διαδικασίες παθητικής μεταφοράς. Με άλλα λόγια, είναι αυθόρμητα και δεν απαιτείται ενέργεια για να εμφανιστούν.
- Και οι δύο διεργασίες εξισώνουν τη συγκέντρωση του διαλύματος.
Όσμωση εναντίον διάχυσης
Υπάρχουν βασικές διαφορές μεταξύ της όσμωσης και της διάχυσης:
- Η όσμωση εμφανίζεται μόνο σε μια ημιπερατή μεμβράνη, ενώ η διάχυση μπορεί να συμβεί σε οποιοδήποτε μείγμα (συμπεριλαμβανομένης της ημιπερατής μεμβράνης).
- Στη βιολογία, η όσμωση αναφέρεται μόνο στην κίνηση του νερού. Στη χημεία, άλλοι διαλύτες εκτός από το νερό μπορεί να κινηθούν. Η διάχυση έχει την ίδια σημασία και στους δύο κλάδους.
- Στην όσμωση, μόνο ο διαλύτης είναι ελεύθερος να κινηθεί κατά μήκος της μεμβράνης. Στη διάχυση, τόσο τα σωματίδια του διαλύτη όσο και της διαλυμένης ουσίας κινούνται ελεύθερα.
Βασικά σημεία
- Τόσο η όσμωση όσο και η διάχυση είναι διαδικασίες παθητικής μεταφοράς που εξισώνουν τη συγκέντρωση. Με άλλα λόγια, δεν χρειάζεται να παρέχεται ενέργεια στο σύστημα για να εμφανιστούν.
- Στη διάχυση, τα σωματίδια μετακινούνται από υψηλότερη συγκέντρωση σε χαμηλότερη συγκέντρωση μέχρι να επιτευχθεί ισορροπία.
- Στην όσμωση, υπάρχει μια ημιπερατή μεμβράνη που επιτρέπει μόνο στα σωματίδια του διαλύτη να κινούνται. Ο διαλύτης (συνήθως το νερό) κινείται μέχρι να επιτευχθεί ισορροπία.
- Μην σας μπερδεύει η συγκέντρωση στην όσμωση. Θυμηθείτε, ο μόνος τρόπος για να εξισορροπήσετε τη συγκέντρωση και στις δύο πλευρές του φράγματος είναι να μετακινηθεί το νερό. Τα μόρια του διαλύτη μετακινούνται από χαμηλότερη συγκέντρωση διαλύτη σε υψηλότερη συγκέντρωση διαλύτη, αλλά μετακινούνται από υψηλότερη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας σε χαμηλότερη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας. Η συγκέντρωση του διαλύματος είναι αυτό που είναι σημαντικό.
- Η όσμωση μπορεί να θεωρηθεί μια ειδική περίπτωση διάχυσης που περιλαμβάνει μια ημιπερατή μεμβράνη όπου κινείται μόνο ο διαλύτης.
| Διάχυση | Όσμωση |
|---|---|
| Ο διαλύτης και η διαλυμένη ουσία μετακινούνται από μια περιοχή με την υψηλότερη ενέργεια ή συγκέντρωση σε μια περιοχή με τη χαμηλότερη ενέργεια ή συγκέντρωση. | Μόνο το νερό ή άλλος διαλύτης μετακινείται από μια περιοχή υψηλής ενέργειας ή συγκέντρωσης σε μια περιοχή χαμηλότερης ενέργειας ή συγκέντρωσης. |
| Η διάχυση μπορεί να συμβεί σε οποιοδήποτε μέσο, είτε είναι υγρό, στερεό ή αέριο. | Η όσμωση εμφανίζεται μόνο σε υγρό μέσο. |
| Η διάχυση δεν απαιτεί ημιπερατή μεμβράνη. | Η όσμωση απαιτεί ημιπερατή μεμβράνη. |
| Η συγκέντρωση των διάχυτων μορίων εξισώνεται για να καλύψει τον διαθέσιμο χώρο. | Η συγκέντρωση του διαλύτη δεν γίνεται ίση και στις δύο πλευρές της μεμβράνης. |
| Η υδροστατική πίεση και η πίεση στροβιλισμού δεν ισχύουν συνήθως για τη διάχυση. | Η υδροστατική πίεση και η πίεση στροβιλισμού αντιτίθενται στην όσμωση. |
| Η διάχυση δεν εξαρτάται από το δυναμικό διαλυμένης ουσίας, το δυναμικό πίεσης ή το δυναμικό νερού. | Η όσμωση εξαρτάται από το δυναμικό της διαλυμένης ουσίας. |
| Η διάχυση εξαρτάται κυρίως από την παρουσία άλλων σωματιδίων. | Η όσμωση εξαρτάται κυρίως από τον αριθμό των σωματιδίων διαλυμένης ουσίας που διαλύονται στον διαλύτη. |
| Η διάχυση είναι μια παθητική διαδικασία. | Η όσμωση είναι μια παθητική διαδικασία. |
| Η κίνηση στη διάχυση είναι να εξισώσει τη συγκέντρωση (ενέργεια) σε όλο το σύστημα. | Η κίνηση στην όσμωση επιδιώκει να εξισώσει τη συγκέντρωση του διαλύτη, αν και δεν το επιτυγχάνει. |
Άλλοι τύποι διαδικασιών μεταφοράς
Υπάρχουν διάφοροι τύποι διάχυσης. Ο τύπος διάχυσης σε αντίθεση με την όσμωση είναι η απλή διάχυση. Η ενεργή διάχυση και η διευκολυνόμενη μεταφορά είναι άλλες διαδικασίες μαζικής μεταφοράς.
- Απλή διάχυση – Τα σωματίδια μετακινούνται από υψηλότερη σε χαμηλότερη συγκέντρωση έως ότου η συγκέντρωση γίνει ομοιογενής.
- Ενεργή μεταφορά – Τα σωματίδια διαλυμένης ουσίας μετακινούνται από χαμηλότερη σε υψηλότερη συγκέντρωση. Στη βιολογία, τα ένζυμα (πρωτεΐνες) μεταφέρουν διαλυμένες ουσίες σε μια μεμβράνη και απαιτείται ενέργεια (ATP).
- Διευκολυνόμενη μεταφορά – Οι διαλυμένες ουσίες μετακινούνται από υψηλότερη σε χαμηλότερη συγκέντρωση σε μια μεμβράνη, υποβοηθούμενη από διαμεμβρανικές πρωτεΐνες. Αυτός είναι ένας τρόπος για μεγάλα μόρια να διασχίζουν μια ημιπερατή μεμβράνη. Είναι μια παθητική διαδικασία μεταφοράς, όπως η απλή διάχυση.
Υπάρχουν επίσης διαφορετικοί τύποι όσμωσης, όλοι περιλαμβάνουν μια ημιπερατή μεμβράνη:
- Τακτική όσμωση – Τα σωματίδια του διαλύτη μετακινούνται από υψηλότερη σε χαμηλότερη συγκέντρωση (χαμηλή σε υψηλή συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας) μέχρι να επιτευχθεί ισορροπία.
- Αντίστροφη όσμωση (RO ) – Σε διάλυμα διαλυμένων ουσιών και νερού, η υδραυλική πίεση αναγκάζει το νερό να διασχίσει την ημιπερατή μεμβράνη. Το αποτέλεσμα αυξάνει τη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας στη μία πλευρά της μεμβράνης, ενώ προσθέτει καθαρό νερό στην άλλη πλευρά. Επειδή ο διαλύτης κινείται ενάντια στη βαθμίδα συγκέντρωσης, απαιτείται ενέργεια (πίεση).
- Μπροστινή όσμωση (FO) – Η ωσμωτική πίεση τραβάει νερό σε μια ημιπερατή μεμβράνη, διαχωρίζοντάς την από τις διαλυμένες ουσίες. Τόσο η αντίστροφη όσμωση όσο και η μπροστινή όσμωση απαιτούν ενέργεια (πίεση), αλλά η αντίστροφη όσμωση ωθεί το νερό, ενώ η μπροστινή όσμωση το τραβάει ή το «τραβάει». Επίσης, η αντίστροφη όσμωση μπορεί να δημιουργήσει φρέσκο πόσιμο νερό, ενώ το προϊόν της μπροστινής όσμωσης περιέχει σωματίδια διαλυμένης ουσίας. Για παράδειγμα, η ζάχαρη και το αλάτι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την άντληση νερού από ακάθαρτο νερό, παράγοντας ένα ποτό έκτακτης ανάγκης.
Diffusion vs Effusion
Η διάχυση είναι ένας τύπος διαδικασίας μαζικής μεταφοράς που παρατηρείται στα αέρια. Η διάχυση επιτρέπει στα σωματίδια αερίου να διασκορπίζονται ελεύθερα μέσα από το δοχείο τους. Η διάχυση είναι η μεταφορά μορίων αερίου μέσω πόρων που είναι μικρότεροι από τη μέση μέση ελεύθερη διαδρομή τους (απόσταση μεταξύ των συγκρούσεων σωματιδίων). Η διάχυση εμφανίζεται πιο αργά από τη διάχυση. Ο ρυθμός έκχυσης είναι αντιστρόφως ανάλογος με την τετραγωνική ρίζα της μάζας των σωματιδίων, σύμφωνα με το νόμο του Graham.
Αναφορές
- Glater, J. (1998). "Η πρώιμη ιστορία της ανάπτυξης μεμβρανών αντίστροφης όσμωσης." Αφαλάτωση . 117 (1–3):297–309. doi:10.1016/S0011-9164(98)00122-2
- Haynie, Donald T. (2001). Βιολογική Θερμοδυναμική . Cambridge:Cambridge University Press. σελ. 130–136. ISBN 978-0-521-79549-4.
- Kramer, Eric; David Myers (2012). «Πέντε δημοφιλείς παρανοήσεις για την όσμωση». American Journal of Physics . 80 (694):694–699. doi:10.1119/1.4722325
- Landau, L.D.; Lifshitz, Ε.Μ. (1980). Στατιστική Φυσική (3η έκδ.). Τομ. 5. Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-3372-7.
- Muir, D. C. F. (1966). «Μαζική ροή και διάχυση στους αεραγωγούς του πνεύμονα». British Journal of Diseases of the Chest . 60 (4):169–176. doi:10.1016/S0007-0971(66)80044-X
