تعريف التناضح
التناضح هو المرور التلقائي للمذيب (الذي عادة ما يكون الماء في النظم البيولوجية) ، من المحلول الذي يتم فيه تخفيف المواد المذابة إلى المحلول الذي تكون فيه أكثر تركيزًا ؛ تستمر هذه الحركة - التي تحدث من خلال غشاء شبه نافذ - حتى يتم الوصول إلى حالة توازن ، حيث يكتسب كلا الحلين نفس التركيز ويحافظ عليهما.
مثال عملي
لتوضيح مفهوم التناضح بشكل أفضل ، دعنا نتخيل أن لدينا حاوية مقسمة إلى جزأين متساويين الحجم (A و B) بواسطة غشاء شبه نافذ (أي قابل للنفاذ فقط للمذيب - في هذه الحالة الماء - وليس إلى المذاب). القسم أ يوجد محلول مائي تم فيه إذابة ملعقة كبيرة من الجلوكوز ، بينما في الجزء ب لدينا محلول مائي بحجم متساوٍ حيث تم إذابة ثلاث ملاعق كبيرة من الجلوكوز (لذلك فهو أكثر تركيزًا). هذا يخلق الاختلاف تدرجًا في تركيز الجلوكوز على جانبي الغشاء ، وبما أن هذا السكر لا يمكن أن يتخطاه ، يتم الوصول إلى التوازن بمرور الماء من الحجرة A (حيث يكون الجلوكوز مخففًا أكثر) باتجاه الحجرة B (حيث يكون أكثر وفرة ). إذا كنت تفضل ذلك ، فيمكن القول أيضًا أن الماء يمر بالتناضح من المحلول الذي يتركز فيه أكثر (أ) إلى الذي يكون فيه أقل تركيزًا (ب).
بعد هذا التدفق ، يرتفع مستوى الماء في B وينخفض في A ، مما يخلق فرقًا معينًا في المستوى بين الاثنين. تنتهي هذه الظاهرة عندما يصل الحلين إلى نفس التركيز ، ثم يبقيه ثابتًا.
محاليل منخفضة التوتر ومتساوية التوتر وفرط التوتر
بأخذ حلين بتركيز مولاري مختلف (عدد مختلف من الجزيئات المذابة فيهما) ، يُعرَّف المحلول الأقل تركيزًا موليًا على أنه منخفض التوتر ويكون المحلول الأكثر تركيزًا مفرط التوتر. هناك حلان متساويان التوتر (أو متساويان) عندما يكون لهما نفس التركيز.
في المثال الذي تم تقديمه للتو ، يكون المحلول B مفرط التوتر (لذلك يحتوي على مواد مذابة أكثر) من الآخر (يُعرف بأنه منخفض التوتر) ؛ لذلك ، في ظل الظروف العادية ، يتحرك المذيب بالتناضح من محلول منخفض التوتر إلى محلول مفرط التوتر. تحدثنا عن الظروف القياسية لأنه ، باللعب مع قوانين الفيزياء ، من الممكن قلب مفهوم التناضح ذاته وتفضيل مرور المذيب من التركيز المخفف إلى الأكثر تركيزًا (التناضح العكسي).
الضغط الاسموزي والتناضح العكسي
كما تم التعبير عنه حتى الآن ، يستمر التدفق الصافي للمذيب - الناتج عن التناضح - حتى يصل الحلين إلى نفس التركيز. حسنًا ، يمكن مواجهة هذه الحركة أو إيقافها أو حتى عكسها عن طريق الضغط على المقصورة ذات التركيز الأعلى.
في المثال السابق ، يكفي وضع مكبس في المقصورة B (التي نتذكر أن لها تركيزًا أعلى) ، ودفعه لأسفل بقوة معينة ، لصالح مرور الماء باتجاه A ؛ في هذه الحالة نتحدث عن عكس التنافذ.
الضغط الاسموزي هو الضغط الذي يعاكس تمامًا مرور المذيب عبر الغشاء شبه القابل للنفاذ ؛ وبالتالي فإن الضغط ضروري لمواجهة التناضح.
لما قيل حتى الآن ، هناك حلان متساوي التوتر لهما نفس الضغط الاسموزي ؛ لذلك يجب التأكيد على أن الضغط الأسموزي يعتمد حصريًا على عدد الجسيمات الموجودة في المحلول وليس على طبيعتها.
التناضح وجسم الإنسان
أغشية البلازما التي تحيط بخلايا جسم الإنسان ، في الواقع ، هي أغشية شبه منفذة ، والتي تسمح بالمرور المباشر ، من خلال التناضح ، للجزيئات الصغيرة (مثل الماء واليوريا) ، ولكن ليس للأغشية ذات الوزن الجزيئي الأكبر ( مثل البروتينات والأحماض الأمينية والسكريات). لذلك ، تعتبر الموازنات التناضحية في سوائل الجسم ضرورية لضمان البيئة المثلى للخلايا للعيش فيها.
إذا أخذنا خلية مثل خلية الدم الحمراء وقمنا بغمرها في محلول ناقص التوتر ، فإن هذا - عن طريق التناضح - يتعرض لتورم (بسبب دخول الماء) ، مما قد يؤدي إلى انفجارها. على العكس من ذلك ، إذا غُمر في محلول مفرط التوتر هو الخلية التي تتعرض لها بسبب مرور الماء باتجاه الخارج ، وهو جفاف شديد يؤدي إلى تجعدها. لحسن الحظ ، تكون الخلايا في الكائن البشري مغمورة في محاليل متساوية التوتر فيما يتعلق ببيئتها الداخلية ، وهناك أنظمة مختلفة للحفاظ على هذه السوائل في حالة توازن تناضحي.
الضغط الاسموزي وتخزين الطعام
دعونا نفكر للحظة في المربى محلي الصنع ... يُضاف السكر بكثرة ليس فقط لتحسين نكهته ، ولكن أيضًا وقبل كل شيء لزيادة مدة صلاحيته. لا يزال السكر عنصرًا مهمًا في حياة العديد من الكائنات الحية الدقيقة المتورطة في تحلل المنتج. يتم تفكيك هذا التناقض الواضح من خلال مفهوم التناضح.
