Осмос грає велику роль в існуванні рослинних і тваринних організмів, сприяючи достатньому наповненню водою клітин і міжклітинних структур. Тварини і рослинні клітини в складі своєї оболонки мають напівпроникні мембрани і можуть розглядатися як мініатюрні осмотичні системи. Так, оболонка еритроцитів непроникна для ряду катіонів (наприклад, для К +. Na +) і вільно пропускає аніони і воду.
Що виникає при цьому осмотичний тиск обумовлює тургор клітин (від лат. Turgor - здуття, наповнення), т. Е. Внутрішнє гідростатичний тиск в живій клітині, що викликає напругу клітинної оболонки. У тварин тургор клітин зазвичай невисокий, а у рослин варіюється від 5-20 атм до 120-140 атм (у рослин посушливих районів). Більш висока (в порівнянні з грунтовими водами) осмотичнийтиск клітин рослин забезпечує процес всмоктування води корінням рослин і подальший її підйом на значну висоту. Тургорного дією пояснюється також набухання насіння рослин, явище «пробивання» зростаючими пагонами землі та інших перешкод, підтримання листя і стебел (у трав'янистих рослин) у вертикальному положенні.
Наявність води в клітинах і тканинах необхідно і для протікання різноманітних фізичних і хімічних процесів: гідратації і дисоціації речовин, реакцій гідролізу, окислення і т. П. Інакше кажучи, тургор - це показник стану водного режиму клітин. Зниження тургору призводить до старіння і в'янення клітин.
Розчини з рівним осмотичним тиском, називаються ізотонічними. Якщо два розчину мають різне осмотичнийтиск, то розчин з великим тиском називаються гіпертонії-ного, з меншим тиском - гіпотонічними.
Приклад 2. Не вдаючись до розрахунків, вказати, які з розчинів при однаковій температурі є ізотонічними:
а) С (NaCl) = 0,03 моль / л, a = 1 і С (С6 Н12 ПРО6) = 0,03 моль / л;
Для розчинів електролітів:
для неелектролітів i = l, отже:
Для кожної пари розчинів RT = const, отже, досить порівняти множник i × С (x) в кожній парі розчинів.
а) 2 × 0,3 ¹ 0,3 (неізотонічни);
б) 0,3 = 3 × 0,1 (ізотонічни).
Очевидно, що ізотонічні розчини містять однакову ко-личество осмотично активних частинок. Активну концентрацію частинок, не проникають через ідеальну напівпроникну мембра-ну, висловлюють через осмолярність (осмоляльність).
Осмолярностью (осмоляльностью) розчину називається сумарна концентрація всіх кінетично активних частинок в розчині, що визначають його осмотичний тиск.
Математично величини осмолярності і осмоляльности розраховуються наступним чином:
Одиниці виміру цих величин збігаються з одиницями виміру молярної і моляльній концентрації, відповідно. У медичній літературі ці величини прийнято виражати в осмол / л і осмолу / кг.
У розбавлених водних розчинах осмолярність і осмоляльність приблизно рівні.
Приклад 3. Розрахувати осмолярність клітин саксаулу, якщо осмотичний тиск при 30 0 С дорівнює 145 атм.
Осмолярность розчину визначимо за формулою:
Якщо помістити тварини або рослинні клітини в гіпотонії-ний розчин, то відбудеться переміщення води всередину клітин, що призведе до їх набухання, а потім, можливо, до розриву оболонок і витікання клітинного вмісту (рис. 3.). Подібне руйнування клітин називається лізисом, а в разі еритроцитів - гемолізом.
У гіпертонічних розчинах відбувається зморщування клітин (плазмоліз), обумовлене втратою води, що переміщається з них у зовнішній розчин.
Мал. 3. Зміни, що відбуваються з кров'яними тільцями в розчинах NaCl різної концентрації:
а - ізотонічний розчин NaCl (0,9%);
б - гіпотонічний розчин NaCl (0,1%);
в - гіпертонічний розчин NaCl (2%).
Приклад 3. Що станеться з рослинної клітиною, осмотичний тиск всередині якої pкл становить 20 атм, якщо її помістити в розчин з Pр-ра = 30 атм?
Так як p (р-ра)> p (клітини), отже, розчин гіпер-тонічний. Спостерігається сморщивание (плазмоліз) клітини за рахунок переміщення води з клітини в розчин.
Біологічні рідини людини - тканинні рідини, кров, лімфа, - являють собою водні розчини низькомолекулярних сполук (NaCl, KCl, CaCl2), високомолекулярних сполук (білків, полісахаридів, нуклеїнових кислот) і формених елементів (в крові - це еритроцити, лейкоцити, тромбоцити) .
Їх сумарна осмотичнийтиск визначає тургор клітин. Так, осмотичний тиск кров'яних еритроцитів людини становить 7,6-7,9 атм. Таке ж осмотичний тиск створює і 0,9% -й (С (NaCl) = 0,15 моль / л) розчин NaCl (фізіологічний розчин), що є, отже, Ізотонічний крові.
Істотну частину крові складають білки, представлені в основному дихальними пігментами, білками строми еритроцитів і білками інших формених елементів. Білки, розчинені в плазмі (6,5-8,5% з 9-10% сухого залишку плазми), утворюються преимущест-венно в клітинах печінки і ретикулоендотеліальної системи. Білки плазми крові не проникають через стінки капілярів, тому содер-жание їх в плазмі значно вище, ніж в тканинної рідини. Це призводить до утримання води білками плазми.
Частина осмотичного тиску крові, створювана білками (альбумін, глобуліни), називається онкотичного тиску. Онкотичноготиск одно 0,04 атм, що становить прибл-зітельно 0,5% від загального осмотичного тиску крові.
Незважаючи на те, що онкотичноготиск становить лише невелику частину загального осмотичного тиску крові, саме воно обумовлює переважання осмотичного тиску крові над осмотичним тиском тканинної рідини. За інших умов у результаті високого гідродинамічного тиску в кровоносній системі вода просочувалася б в тканини, що викликало б виник-новение набряків різних органів і підшкірної клітковини.
Падіння осмотичного тиску в клітинах при зневодненні організму призводить до їх колапсу (плазмолізу); навпаки, забезпе-соліваніе організму призводить до набухання і розриву клітин (осмотичний шок). Шок при сильних кровотечах обумовлений не стільки втратою крові, скільки різким падінням осмотичного тиску і колапсом судин. Тому при великих втратах крові постраждалим вводять інертні високомолекулярні замінники плазми крові (наприклад, розчин полівінілпіролідону), завдяки яким відновлюється тургор і усувається шок.
Еталони рішення задач
Примітка. При розрахунку Dtкр. і Dtкіп. слід пам'ятати, що 1 0 за шкалою Цельсія дорівнює 1 0 за шкалою Кельвіна, тому будь-яка кінцева різниця температур може бути представлена як в 0 C, так і в До без відповідного перерахунку.
1. Обчислити температуру кипіння і температуру кристал-зації водного розчину сечовини, що містить 6 г CO (NH2) 2 в 100 г води, якщо К (H2 O) = 1,86 До × кг / моль, E (H2 O) = 0 , 52 К × кг / моль.
Для розчину неелектроліту: