Урок 13. Исследование процесса диффузии и осмоса в биологических системах - Материалы к изучению

Почему на улице вблизи хлебозавода или конфетной фабрики чувствуется запах ржаного хлеба или шоколада? 

Дело в том, что молекулы пахнущего вещества беспорядочно перемещаются, сталкиваются с молекулами воздуха, разлетаясь на большие расстояния, постепенно отдаляясь. Вот поэтому мы можем почувствовать запах шоколада доносящейся из конфетной фабрики находясь даже на улице.

Диффузия— это перемещение атомов или молекул из области с большей концентрацией в область меньшей концентрации. Скорость протекания диффузии зависит от нескольких факторов:

- Температуры;

- Расстояния между молекулами веществ;

- Агрегатного состояния вещества.

Температура. Давайте сравним процесс диффузии перманганата калия или марганцовки, как мы привыкли ее называть, в холодной и горячей воде. Чем выше температура, тем быстрее происходит диффузия, чем ниже температура соответственно в ней диффузия будет проходить медленнее.

Расстояния между молекулами веществ. Чем больше расстояние, тем выше скорость протекания диффузии

Агрегатного состояния вещества. В газе процесс протекания диффузии происходит гораздо быстрее, за счет большого межмолекулярного пространства, в отличии от жидкости, в которой процесс протекания диффузии немного замедлен. 

В твердых телах явление диффузии присутствует, но протекает очень медленно, по сколько расстояние между молекулами очень мало. 

Так за 5 лет золото и свинец взаимно проникают смешиваются друг с другом только на 1 мм.

Как вы знаете процесс всасывания и передвижения воды и минеральных веществ в растительной клетке происходит от корней к стеблям и листьям, то есть снизу вверх. Этот процесс происходит за счет осмоса. Осмос является важным клеточным процессом. Мембраны всех живых клеток используют осмос для контроля поглощения необходимых веществ.

Все биологические мембраны являются полупроницаемыми, это означает что пропуская маленькие молекулы растворителя, одновременно блокирует доступ больших молекул сахара. Все дело в том, что избирательность транспорта через проницаемую мембрану ведет к возникновению в клетке осмотических явлений. 

Итак, осмос — это односторонняя диффузия воды через полупроницаемую мембрану в более концентрированный раствор из менее концентрированного.

Рассмотрим сосуд, разделенный на две части полупроницаемой мембраной, в одной половине сосуда находится более концентрированный раствор соли (к примеру, 1M NaCl), в другой — менее концентрированный (0,01 M NaCl). В начале опыта объем раствора в каждой из половин одинаков, а концентрация соли различается. Вода идет через мембрану в обе стороны, но интенсивность перехода разная. Известно, что ионы в воде гидратированы — покрыты гидратной «шубой». Вода распадается на ионы H+ и OH - которые электростатически связываются с ионами хлора и натрия, соответственно. Так как в «правой» половине сосуда концентрация Na+ и Cl - больше, соответственно больше воды требуется для гидратирования этих ионов. В связи с этим вода интенсивнее переходит из отсека с малой концентрацией соли в отсек с большой концентрацией. Поскольку вода будет перетекать из разбавленного раствора в концентрированный быстрее, чем в обратном направлении, в целом движение воды между двумя растворами будет идти в одну сторону. В результате уровень раствора в первом понижается, а в последнем повышается; концентрация соли в отсеках выравнивается. Если над раствором поместить поршень, то можно измерить оказываемое на него давление, которое в этом случае называется осмотическим давлением. 

Среда, осмотическое давление которой равно осмотическому давлению внутри клетки, называется изотонической. В такой среде вода не поступает в клетку и не выводится из клетки.

Среда, осмотическое давление которой меньше осмотического давления внутри клетки, называется гипотонической. В такой среде вода поступает через мембрану внутрь клетки. Клетка без стенки в такой среде раздувается и может лопнуть. Если у клетки есть стенка, то клетка давит на стенку, но не лопается.

Среда, осмотическое давление которой больше осмотического давления внутри клетки, называется гипертонической. В такой среде вода выходит через мембрану из клетки, и клетка сжимается. На диаграмме показаны два раствора, которые разделены частично проницаемой мембраной.

Ребята, сегодня вы узнали о таких понятиях как диффузия и осмос, узнали какое значение эти процессы имеют в биологических системах.