Сабақ 13. Биологиялық жүйелердегі диффузия процесі мен осмосты зерттеу - Оқу материалдары
Диффузия дегеніміз – атомдардың немесе молекулалардың концентрациясы жоғары аймақтардан төмен концентрациялы аймақтарға ауысуы.
Диффузияның жылдамдығы бірнеше факторларға байланысты болады:
- Температура;
- Заттардың молекулалары арасындағы қашықтық;
- Заттың агрегаттық күйі.
- Температура
- Калий перманганатының (әдетте марганец ерітіндісі деп атайды) суық және ыстық судағы диффузия процесін салыстырайық.
- Көріп отырғаныңыздай, температура жоғары болған сайын, диффузия соғұрлым тез жүреді, және керісінше, температура төмен болғанда, диффузия баяу жүреді
- заттардың молекулалары арасындағы қашықтық
Қашықтық неғұрлым көп болса, диффузия жылдамдығы соғұрлым жоғары болады. Газда диффузия процесі үлкен молекулааралық кеңістікке байланысты әлдеқайда жылдам жүреді, ал сұйықтықта диффузия процесі сәл баяулайды.
Қатты денелерде молекулалар арасындағы қашықтық аз болғандықтан, диффузия құбылысы өте баяу жүреді. Сөйтіп, 5 жыл ішінде алтын мен қорғасын бөлшектері бір-біріне 1 мм тереңдікке дейін еніп кетеді.
Өсімдік жасушасындағы су мен минералдардың сіңіру және қозғалу процесі тамырдан сабақтар мен жапырақтарға, яғни төменнен жоғары қарай жүреді. Бұл процесс осмос нәтижесінде жүреді. Осмос маңызды жасушалық процесс болып табылады. Барлық тірі жасушалардың мембраналары осмосты қажетті заттардың сіңірілуін бақылау үшін пайдаланады. Барлық биологиялық мембраналар жартылай өткізгіш түрінде жаратылғандықтан, бұл кішкентай еріткіш молекулалардың өтуіне мүмкіндік беріп, үлкен қант молекулаларының кіруіне жол бермейді.
Мәселен, заттарды өткізгіш мембрана арқылы тасымалдау селективтілігі жасушада осмостық құбылыстардың пайда болуына әкеледі
Сөйтіп, осмос — судың өткізгіш мембрана арқылы концентрациясы жоғары аймақтан төмен концентрациялы аймаққа бір жақты диффузиясы болып табылады.
Жартылай өткізгіш мембранамен екі бөлікке бөлінген ыдысты қарастырайық, оның бір жартысында концентрациясы жоғары болатын тұз ерітіндісі (мысалы, 1m NaCl), ал екіншісінде — төмен концентрациялы ерітінді (0,01 M NaCl) берілген. Тәжірибенің басында әр жарты бөліктегі ерітіндінің көлемі бірдей, ал тұз концентрациясы әр түрлі болғанын байқауға болады.
Су мембрана арқылы екі бағытта да өткенімен, ауысу қарқындылығы әртүрлі болады. Судағы иондар гидратталғаны, яғни гидратты «тонмен» жабылғаны белгілі. Су H+ және OH иондарына бөлінеді-олар сәйкесінше хлор және натрий иондарымен электрстатикалық түрде байланысады. Ыдыстың «оң жақ» жартысында Na+ және Cl- концентрациясы жоғары болғандықтан, осы иондарды гидраттау үшін сәйкесінше көбірек су қажет болады. Осыған байланысты су төмен концентрациялы тұзы бар бөліктен концентрациясы жоғары бөлікке қарқынды түрде өтеді. Су сұйылтылған ерітіндіден концентрацияланған ерітіндіге қарама-қарсы бағытқа қарағанда тезірек ағып кететіндіктен, екі ерітінді арасындағы су бір бағытта қозғалады. Нәтижесінде бірінші ыдыстағы ерітінді деңгейі төмендейді, ал екіншісінде жоғарылайды; бөліктердегі тұз концентрациясы теңестіріледі.
Ерітіндінің үстіне піспекті қойсақ, оған көрсетілген қысымды өлшеуге болады, осы жағдайда бұл осмостық қысым деп аталады.
Осмостық қысым жасуша ішіндегі осмостық қысымға тең болатын орта изотоникалық деп аталады. Мұндай ортада су жасушаға түспейді, сәйкесінше жасушадан да шығарылмайды. Осмостық қысымы жасуша ішіндегі осмостық қысымнан төмен болатын орта гипотониялық деп аталады. Бұл жағдайда су мембрана арқылы жасуша ішіне түседі. Мұндай ортада қабырғасы жоқ жасуша ісініп, жарылып кетуі мүмкін. Жасушаның қабырғасы болған жағдайда, жасуша қабырғаға қысым көрсетеді, алайда жарылып кетпейді.
Осмостық қысымы жасуша ішіндегі осмостық қысымнан жоғары болатын орта гипертониялық деп аталады. Мұндай ортада су жасушадан мембрана арқылы шығады, ал жасуша кішірейеді. Диаграммада жартылай өткізгіш мембранамен бөлінген екі ерітінді көрсетілген.
