Осмотическая концентрация - Osmotic concentration

Осмотическая концентрация, ранее известный как осмолярность,^[1] это мера растворенное вещество концентрация, определяемый как количество осмолей (Osm) растворенного вещества на литр (L) из решение (осмоль / л или осмоль / л). Осмолярность раствора обычно выражается как Осм / л (произносится как «осмолярный»), так же, как молярность раствора обозначается как «М» (произносится как «молярный»). В то время как молярность измеряет количество родинки растворенного вещества на единицу объем раствора, осмолярность определяет количество осмоли растворенных частиц на единицу объема раствора.^[2] Это значение позволяет измерять осмотическое давление раствора и определение того, как растворитель будет диффундировать через полупроницаемая мембрана (осмос ) разделение двух растворов с разной осмотической концентрацией.

Единица измерения

Единицей осмотической концентрации является осмол. Это не-SI единица измерения, определяющая количество родинки растворенных веществ, которые способствуют осмотическому давлению раствора. А миллиосмоль (мОсм) составляет 1/1000 осмоля. А микроосмола (мкОсм) (также пишется микроосмоль) составляет 1/1 000 000 осмоля.

Типы растворенных веществ

Осмолярность отличается от молярности, потому что она измеряет осмоли растворенных частиц, а не моль растворенных веществ. Различие возникает из-за того, что некоторые соединения могут диссоциировать в растворе, тогда как другие не могут.^[2]

Ионные соединения, такие как соли, могут диссоциировать в растворе на составляющие ионы, поэтому нет однозначного отношения между молярностью и осмолярностью раствора. Например, хлорид натрия (NaCl) диссоциирует на Na⁺ и Cl⁻ ионы. Таким образом, на каждый 1 моль NaCl в растворе приходится 2 осмоля растворенных частиц (т.е. раствор NaCl с концентрацией 1 моль / л представляет собой раствор NaCl с концентрацией 2 осмоль / л). Ионы натрия и хлора влияют на осмотическое давление раствора.^[2]

Другой пример хлорид магния (MgCl₂), который диссоциирует на Mg²⁺ и 2Cl⁻ ионы. На каждый 1 моль MgCl₂ в растворе 3 осмоля растворенных частиц.

Неионные соединения не диссоциируют и образуют только 1 осмоль растворенного вещества на 1 моль растворенного вещества. Например, раствор 1 моль / л глюкоза составляет 1 осмоль / л.^[2]

Осмолярность раствора может зависеть от нескольких соединений. Например, раствор 3 Osm может состоять из: 3 моль глюкозы, или 1,5 моль NaCl, или 1 моль глюкозы + 1 моль NaCl, или 2 моль глюкозы + 0,5 моль NaCl, или любой другой такой комбинации.^[2]

Определение

Осмолярность раствора, выраженная в осмолях на литр (осмоль / л), рассчитывается по следующему выражению:

${\displaystyle \mathrm {osmolarity} =\sum _{i}\varphi _{i}\,n_{i}C_{i}}$

где

• φ это осмотический коэффициент, что объясняет степень неидеальности решения. В простейшем случае это степень диссоциации растворенного вещества. Потом, φ находится между 0 и 1, где 1 означает 100% диссоциацию. Однако, φ также может быть больше 1 (например, для сахарозы). Для солей электростатические эффекты вызывают φ быть меньше 1, даже если происходит 100% диссоциация (см. Уравнение Дебая – Хюккеля );
• п - количество частиц (например, ионов), на которые диссоциирует молекула. Например: глюкоза имеет п 1, а NaCl - п из 2;
• C - молярная концентрация растворенного вещества;
• индекс я представляет собой идентичность конкретного растворенного вещества.

Осмолярность можно измерить с помощью осмометр какие меры коллигативные свойства, такие как Депрессия точки замерзания, Давление газа, или Повышение точки кипения.

Осмолярность против тоничности

Осмолярность и тонус связаны, но разные понятия. Таким образом, термины, оканчивающиеся на -осмотический (изосмотический, гиперосмотический, гипосмотический) не являются синонимами терминов, оканчивающихся на -тоник (изотонический, гипертонический, гипотонический). Эти термины связаны между собой тем, что оба сравнивают концентрации растворенных веществ в двух растворах, разделенных мембраной. Термины разные, потому что осмолярность учитывает общую концентрацию проникающих растворенных веществ. и непроникающие растворенные вещества, тогда как тоничность учитывает общую концентрацию непроникающих растворенных веществ только.^[3][2]

Проникающие растворенные вещества могут диффундировать через клеточная мембрана, вызывая мгновенные изменения в объеме клетки, поскольку растворенные вещества «тянут» за собой молекулы воды. Непроникающие растворенные вещества не могут проникать через клеточную мембрану; следовательно, движение воды через клеточную мембрану (т.е. осмос ) должно произойти, чтобы решения достигли равновесие.

Раствор может быть как гиперосмотическим, так и изотоническим.^[2] Например, внутриклеточная жидкость и внеклеточная жидкость могут быть гиперосмотическими, но изотоническими - если общая концентрация растворенных веществ в одном отделении отличается от такового в другом, но один из ионов может пересекать мембрану (другими словами, проникающее растворенное вещество) , увлекая воду, таким образом, не вызывая чистого изменения объема раствора.

Осмолярность плазмы и осмолярность

Осмолярность плазмы можно рассчитать по формуле осмоляльность плазмы по следующему уравнению:^[4]

Осмоларity = осмолалэто * (ρ_соль - с_а)

где:

• ρ_соль это плотность раствора в г / мл, что составляет 1,025 г / мл для плазма крови.^[5]
• c_а это (безводный ) концентрация растворенного вещества в г / мл - не путать с плотностью высушенной плазмы

Согласно IUPAC, осмоляльность - это отношение отрицательного натурального логарифма рациональной активности воды к молярной массе воды, тогда как осмолярность - это произведение осмоляльности и массовой плотности воды (также известной как осмотическая концентрация).

Проще говоря, осмоляльность - это выражение осмотической концентрации растворенных веществ на масса растворителя, тогда как осмолярность указана на объем раствора (таким образом, преобразование путем умножения на массовую плотность растворителя в растворе (кг растворителя / литр раствора).

${\displaystyle {\text{osmolality}}=\sum _{i}\varphi _{i}\,n_{i}m_{i}}$

где м_я - молярность компонента i.

Осмолярность / осмолярность плазмы важна для поддержания надлежащего электролитного баланса в кровотоке. Неправильный баланс может привести к обезвоживание, алкалоз, ацидоз или другие опасные для жизни изменения. Антидиуретический гормон (вазопрессин) частично отвечает за этот процесс, контролируя количество воды, удерживаемой организмом из почек при фильтрации кровотока.^[6]

Смотрите также

• Молярность
• Моляльность
• Осмоляльность плазмы
• Тоничность
• фактор Вант-Гоффа

использованная литература

• Д. Дж. Тейлор, Н. П. О. Грин, Г. В. Стаут Биологические науки

1. Золотая книга ИЮПАК
2. Widmaier, Eric P .; Хершель Рафф; Кевин Т. Стрэнг (2008). Физиология человека Вандера, 11-е изд.. Макгроу-Хилл. стр.108–12. ISBN  978-0-07-304962-5.
3. 1947-, Костанцо, Линда С. (2017-03-15). Физиология. Предшественники: Костанцо, Линда С., 1947- (Шестое изд.). Филадельфия, Пенсильвания. ISBN  9780323511896. OCLC  965761862.
4. Стр. 158 в:Мартин, Альфред Н .; Патрик Дж. Синко (2006). Физическая фармация и фармацевтические науки Мартина: физико-химические и биофармацевтические принципы в фармацевтических науках. Фила: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN  0-7817-5027-X. [1]
5. Плотность крови Книга фактов по физике. Отредактировал Гленн Элерт. Проверено 26 марта 2009 г.
6. Эрли, LE; Сандерс, Калифорния (1959). «Влияние изменения осмоляльности сыворотки на высвобождение антидиуретического гормона у некоторых пациентов с декомпенсированным циррозом печени и низкой осмоляльностью сыворотки». Журнал клинических исследований. 38 (3): 545–550. Дои:10.1172 / jci103832. ЧВК  293190. PMID  13641405.

внешние ссылки

• Информация об осмотической концентрации от Золотая книга ИЮПАК
• Онлайн-калькулятор осмолярности / осмоляльности сыворотки