Language
Country/Area
No result found
Các phân tử nước đi qua màng như thế nào? Khám phá bí ẩn về áp suất thẩm thấu!
Áp suất thẩm thấu đề cập đến áp suất tối thiểu cần thiết để ngăn dung môi nguyên chất xâm nhập vào dung dịch qua màng bán thấm. Nó cũng là thước đo xu hướng dung dịch hấp thụ dung môi nguyên chất thông qua quá trình thẩm thấu. Áp suất thẩm thấu là một yếu tố cực kỳ quan trọng đối với nhiều quá trình sinh học và hóa học, và các hiện tượng thẩm thấu tương ứng đặc biệt quan trọng trong chức năng tế bào và xử lý nước.
Xâm nhập và lý thuyết cơ bản của nó
Trong quá trình thẩm thấu, nồng độ của hai dung dịch là khác nhau. Khi được ngăn cách bằng màng thấm chọn lọc, các phân tử dung môi sẽ ưu tiên di chuyển từ dung dịch có nồng độ thấp sang dung dịch có nồng độ cao. Hiện tượng này cuối cùng sẽ tiếp tục đạt đến trạng thái cân bằng. Theo nghiên cứu của nhà khoa học Jacobus van 't Hoff, chúng ta có thể sử dụng mối quan hệ sau để diễn đạt mối quan hệ định lượng giữa áp suất thẩm thấu và nồng độ chất tan:
Mối quan hệ tỷ lệ giữa áp suất thẩm thấu và nồng độ chất tan có nghĩa là áp suất thẩm thấu là một đặc tính gắn kết.
Ứng dụng áp suất thẩm thấu
Việc đo áp suất thẩm thấu có thể giúp chúng ta xác định trọng lượng phân tử. Hiện tượng này không chỉ được sử dụng rộng rãi trong hóa học mà còn có ý nghĩa quan trọng trong tế bào sinh học. Cách sinh vật điều chỉnh áp suất thẩm thấu, chẳng hạn như các trạng thái chính sau:
- Tăng trương lực có thể khiến tế bào co lại.
- Giảm trương lực khiến tế bào sưng lên.
- Tính đồng vị không làm thay đổi thể tích tế bào.
Khi tế bào sinh học ở trong môi trường có áp suất thẩm thấu thấp, các phân tử nước sẽ xâm nhập vào tế bào khiến nước tích tụ bên trong tế bào khiến tế bào sưng lên. Trong tế bào thực vật, thành tế bào hạn chế sự giãn nở. Áp suất bên trong này được gọi là áp suất turgor. Áp suất Turgor cho phép thực vật phát triển thẳng đứng và ảnh hưởng đến việc đóng mở khí khổng ở một mức độ nhất định.
Thẩm thấu ngược và xử lý nước
Các nguyên tắc cơ bản của áp suất thẩm thấu cũng dẫn đến sự phát triển của thẩm thấu ngược, một quy trình được sử dụng rộng rãi để lọc nước. Nguyên tắc được hệ thống xử lý nước sử dụng là đặt nước vào buồng có áp suất lớn hơn áp suất thẩm thấu. Một phần của buồng đi qua màng thẩm thấu chọn lọc và các phân tử nước có thể đi qua nhưng các hạt chất tan thì không. Công nghệ này đặc biệt thích hợp cho việc khử muối và được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới để thu được nước uống được.
Áp suất thẩm thấu xấp xỉ 27 atm (atm) của nước biển, điều này nhắc nhở chúng ta về tác động của môi trường tự nhiên đối với các sinh vật và vùng nước.
Đo lường và tầm quan trọng của áp suất thẩm thấu
Để đo áp suất thẩm thấu, các nhà khoa học đã phát minh ra một bộ lọc (tế bào Pfeffer), có thể đánh giá hiệu quả sự thay đổi áp suất thẩm thấu của dung dịch ở các trạng thái khác nhau. Phép đo này rất quan trọng đối với nhiều nghiên cứu hóa học và sinh học, nâng cao hiểu biết của chúng ta về hiện tượng thẩm thấu ảnh hưởng như thế nào đến khoa học đời sống và môi trường.
Khi vấn đề môi trường toàn cầu ngày càng trở nên nghiêm trọng thì việc bảo vệ và sử dụng tài nguyên nước đã trở thành một vấn đề quan trọng. Chúng ta không thể không đặt câu hỏi: Làm thế nào khoa học và công nghệ có thể thúc đẩy hơn nữa việc sử dụng bền vững tài nguyên nước trong bối cảnh tài nguyên nước ngày càng căng thẳng?
