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Por que todas as partículas têm a mesma influência na osmose

Por que todas as partículas têm a mesma influência na osmose


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Quando as pessoas falam sobre osmose, elas dizem que quando adicionamos um mol de NaCl, cada molécula é dissolvida em 2 partículas separadas e, portanto, temos uma solução de 2osM / L.

Mas tanto o Na quanto o Cl estão ligados a moléculas de água, o que significa que essas moléculas de água não são mais água e não podem penetrar na membrana. Assim, não apenas a presença de Na & Cl em si altera a concentração de água na solução, mas também o número de moléculas de água ocupado por essas partículas.

Portanto, se colocarmos 1 partícula que se liga a 1 molécula de água e 1 partícula que se liga a 5 moléculas de água - elas mudam a concentração de água de forma diferente.

Por favor, alguém me diga onde estou errado.


Quando você dissolve algo na água, você constrói uma camada de solvatação em torno disso - de modo que cada íon (no caso dos sais) é cercado por várias moléculas de água. Para mais detalhes, leia este artigo da Wikipedia. A mudança de concentração nas moléculas de água livres geralmente não é levada em consideração, uma vez que pode ser negligenciada devido ao grande número de moléculas "não ligadas". Portanto, se você tiver um litro de água, ele contém aproximadamente 56 moles de moléculas de água. Se você dissolver 1 mole de cloreto de sódio nesta água e levar em consideração que é necessária bastante água para ser dissolvida, há maneiras de mais água disponível. Portanto, a concentração de água é quase constante (especialmente quando você trabalha na condição de osmose fisiológica).


Osmose é o movimento da água através de uma membrana semipermeável de acordo com o gradiente de concentração de água através da membrana, que é inversamente proporcional à concentração de solutos. As membranas semipermeáveis, também chamadas de membranas seletivamente permeáveis ​​ou parcialmente permeáveis, permitem que certas moléculas ou íons passem por difusão.

Enquanto a difusão transporta materiais através das membranas e dentro das células, a osmose transporta apenas água através da membrana. A membrana semipermeável limita a difusão de solutos na água. Não surpreendentemente, as proteínas aquaporina que facilitam o movimento da água desempenham um grande papel na osmose, mais proeminentemente nas células vermelhas do sangue e nas membranas dos túbulos renais.


Em biologia, existem três tipos diferentes de soluções em que as células podem estar: isotônicas, hipotônicas e hipertônicas. Diferentes tipos de soluções têm diferentes impactos nas células devido à osmose.

Isotônico

Uma solução isotônica tem a mesma concentração de solutos dentro e fora da célula. Por exemplo, uma célula com a mesma concentração de sal dentro dela que na água / fluido circundante seria considerada uma solução isotônica. Nessas condições, não há movimento líquido de solvente, neste caso, a quantidade de água que entra e sai da membrana celular é igual.

Hipotônico

Em uma solução hipotônica, há uma concentração maior de solutos dentro da célula do que fora dela. Quando isso ocorre, mais solvente entra na célula do que deixa para equilibrar a concentração de soluto.

Hipertônico


O que é osmose?

Infelizmente osmose é onde o conceito de difusão fica ainda mais confuso. Em vez do simples processo de uma noite química se extinguir, a osmose se relaciona a uma situação em que algo é dissolvido em outra coisa. É inicialmente bastante importante que você entenda a diferença entre um solvente e um soluto - um soluto sendo aquilo que é dissolvido, e o solvente sendo aquilo em que ele é dissolvido. Se você fizer uma xícara de chá e decidir tomar um pouco açúcar nele, então a bebida do chá é o solvente porque você está se dissolvendo no chá, e o açúcar é o soluto, porque está se dissolvendo nele.

A definição de osmose é muito difícil de entender, mas uma vez que é explicada, faz muito mais sentido. Simplificando, osmose - quando se refere à água - é efetivamente a difusão de moléculas de água. A definição estrita é a difusão de um solvente, através de uma membrana parcialmente permeável, de uma área de baixa concentração para uma área de alta concentração.

A parte da membrana parcialmente permeável é fácil - simplesmente uma membrana biológica, a bicamada fosfolipídica que você encontra ao redor de cada célula. Mas o resto não é tão simples. Quando olhamos para a seção sobre difusão acima, vemos que as coisas se difundem de onde há mais para onde há menos - então por que dizemos 'baixa concentração para alta concentração'? Bem, há duas maneiras de pensar sobre isso.

Se você entende o conceito de equilíbrio, pense no sistema tentando estabelecer um equilíbrio. Se você tem uma xícara de chá fraco e uma xícara de chá forte, e tem que adicionar água a uma delas para torná-las da mesma força, então você dilui a xícara de chá forte. Da mesma forma, se você tiver uma solução forte (ou seja, alta concentração) e uma solução fraca (ou seja, baixa concentração), a única maneira de colocá-los em equilíbrio é mover parte do solvente da solução fraca para a solução forte. Se você fizer isso ao contrário (ou seja, mover o solvente da solução forte para a solução fraca), a solução forte ficará mais forte e a solução fraca ficará mais fraca, e eles não se equilibrarão.

A outra maneira de pensar sobre isso é que você está falando sobre o solvente ser 'livre'. Para o propósito disso, o solvente será água e o soluto será o açúcar - você está dissolvendo o açúcar na água. Se você tiver muito açúcar dissolvido na água, a água ficará toda ocupada - não há muito 'livre' porque tudo está cuidando do açúcar. Por outro lado, não há tanto açúcar, então há mais água grátis. Para equilibrar isso, parte da água 'livre' pode se mover para o outro lado, através dessa membrana, de modo que haja menos água livre no lado fraco e mais livre no outro.

Falar sobre o solvente ser 'grátis' não é totalmente correto, mas pode ajudar a entender o que está acontecendo. Em última análise, está sempre tentando tornar as coisas justas - equilibrar as coisas. O processo de osmose é muito, muito importante para os sistemas biológicos, porque o volume pode ser regulado por osmose. Normalmente, você presumiria que se uma coisa tivesse um grande volume e a outra um pequeno volume, a água tenderia a ir para o pequeno volume para equilibrar as coisas.

Mas, se houvesse muito sal dissolvido no grande volume, então para equilibrar a concentração, você precisa adicionar mais solvente (por exemplo, você precisa adicionar mais água), e isso virá (por osmose) do menor volume. As animações mostram isso. Como você pode ver na primeira animação, as moléculas de água se movem da célula à esquerda para a célula à direita, através das membranas semipermeáveis ​​intermediárias. Isso torna a célula maior ainda maior. A segunda animação mostra por que isso acontece - o resultado do aumento de água na célula maior significa que, embora haja uma diferença maior no tamanho, a concentração da partícula amarela agora é a mesma em ambas.

É um assunto difícil, mas quando você o entende, muitas das maneiras como o corpo regula o volume sanguíneo e o volume celular ficam claras. O corpo é uma máquina com um design fantástico, mas também é muito, muito complicado!


O que é osmolaridade?

A osmolaridade de um líquido é basicamente a concentração de todas as coisas nele dissolvidas. Geralmente é escrito em termos do número de osmoles por litro. Mais especificamente, é a concentração de todas as coisas que são osmoticamente ativas, isto é, aquelas coisas que estão dissolvidas nela que estão contribuindo para a pressão osmótica.

Uma solução terá uma osmolaridade mais alta se houver mais dissolvido nela que contribua para essa pressão osmótica. Uma solução terá uma osmolaridade mais baixa se houver menos dissolvido nela que contribua para a pressão osmótica. A osmolaridade é muito semelhante à molaridade - mas com uma diferença importante. Em molaridade, você está falando sobre a concentração de todas as partículas. Na osmolaridade, você está falando apenas sobre a concentração das moléculas que são osmoticamente ativo.


Biocompatibilidade, Engenharia de Superfície e Entrega de Drogas, Genes e Outras Moléculas

D. Mastropietro,. H. Omidian, em Comprehensive Biomaterials II, 2017

4.23.3.10.2 Comprimidos osmóticos

A osmose pode ser definida como o movimento espontâneo de moléculas de solvente através de uma membrana semipermeável de uma solução de concentração mais baixa para uma solução de concentração mais alta. Uma bomba osmótica pode ser criada dentro de um comprimido usando osmose para “empurrar” o medicamento para fora a uma taxa constante, independente da concentração do medicamento. A força motriz por trás desse mecanismo é a pressão osmótica entre o interior da forma de dosagem e o meio a granel criado por um excipiente e droga osmoticamente ativos. O movimento do solvente pode então ser regulado usando excipientes poliméricos semipermeáveis. A dissolução do medicamento é então controlada limitando a quantidade de água que flui para o comprimido, pelo qual o medicamento dissolvido é liberado a uma taxa constante através de um orifício na membrana criado com um laser. O primeiro tipo de comprimido usando essa tecnologia foi denominado Sistema Oral de Liberação Osmótica (OROS) e consistia em um núcleo de comprimido sólido cercado por um revestimento semipermeável de controle de taxa e um orifício de liberação de droga.

Um design de comprimido osmótico mais complexo é a bomba push-pull. O projeto básico começa com um comprimido de bicamada onde uma camada contém o medicamento e a outra camada é feita de um agente osmoticamente ativo (por exemplo, sal) e polímero expansível que atua como o compartimento de pressão. Como antes, todo o comprimido é revestido com uma membrana semipermeável com o orifício perfurado a laser no lado que contém o medicamento. Após a administração, o interior do comprimido será preenchido com fluido gástrico que, por sua vez, hidrata e dilata o polímero da camada de pressão. Isso faz com que a droga dissolvida seja empurrada para fora do orifício aberto. Um exemplo de tal comprimido é o produto Procardia XL, composto por um núcleo osmoticamente ativo de nifedipina e um revestimento externo semipermeável de acetato de celulose. O revestimento insolúvel de acetato de celulose controla a liberação do fármaco, limitando a taxa na qual o solvente é capaz de entrar no interior do comprimido e empurrar o fármaco para fora através do orifício formado a laser no revestimento. 75 Com a sulfonilureia glipizida (Glucotrol XL), 76 a camada push é feita de PEO expansível com água e cloreto de sódio que atua como agente osmótico. O revestimento semipermeável consiste em EC e PEG. Uma vez que o PEG é solúvel em água, quanto maior a quantidade contida na membrana, mais porosa ela será, levando a taxas de liberação mais rápidas do fármaco.


Técnico de diálise

A diálise é um processo médico de remoção de resíduos e excesso de água do sangue por difusão e ultrafiltração. Quando a função renal falha, a diálise deve ser feita para livrar o corpo de resíduos artificialmente. Este é um processo vital para manter os pacientes vivos. Em alguns casos, os pacientes passam por diálise artificial até serem elegíveis para um transplante renal. Em outras pessoas que não são candidatas a transplantes renais, a diálise é uma necessidade vitalícia.

Os técnicos de diálise geralmente trabalham em hospitais e clínicas. Embora algumas funções neste campo incluam o desenvolvimento e a manutenção de equipamentos, a maioria dos técnicos de diálise trabalha no atendimento direto ao paciente. Suas funções no trabalho, que normalmente ocorrem sob a supervisão direta de uma enfermeira registrada, se concentram em fornecer tratamentos de diálise. Isso pode incluir revisar o histórico do paciente e a condição atual, avaliar e responder às necessidades do paciente antes e durante o tratamento e monitorar o processo de diálise. O tratamento pode incluir tomar e relatar os sinais vitais de um paciente e preparar soluções e equipamentos para garantir procedimentos precisos e estéreis.


Razões de área de superfície para volume:

Essa proporção é um fator seletivo primário na evolução das células. Tem um grande efeito na forma e no tamanho das células e na organização das células nos tecidos. o

Ao reduzir o tamanho das células, as células aumentam muito a razão entre a área de superfície e o volume, o que torna a difusão / osmose muito mais eficaz. As concentrações celulares de íons, nutrientes, sais, etc. podem ocorrer MUITO mais rápida e eficientemente. A capacidade de usar o gradiente e, em seguida, restabelecer o gradiente para o próximo 'trabalho' é importante. Se o volume de uma célula fosse grande, a capacidade de alterar rapidamente a concentração diminuiria.

Exemplo: os neurônios enviam sinais elétricos ao longo de seus axônios, permitindo que os íons Na + e K + fluam para dentro e para fora da célula. O axônio é muito fino. O movimento de pequenas quantidades de íons pode alterar rapidamente o gradiente e a distribuição de carga RÁPIDO, portanto, os sinais elétricos podem ser enviados rapidamente E a célula pode "reiniciar" para o próximo sinal rapidamente.


Tonicidade

Tonicidade descreve a quantidade de soluto em uma solução. A medida da tonicidade de uma solução, ou a quantidade total de solutos dissolvidos em uma quantidade específica de solução, é chamada de osmolaridade. Três termos - hipotônico, isotônico e hipertônico - são usados ​​para relacionar a osmolaridade de uma célula à osmolaridade do líquido extracelular que contém as células. Todos os três termos são um comparação entre duas soluções diferentes (por exemplo, dentro de uma célula em comparação com fora da célula).

Em um hipotônico solução, como a água da torneira, o fluido extracelular tem uma concentração mais baixa de solutos do que o fluido dentro da célula, e a água entra na célula. (Em sistemas vivos, o ponto de referência é sempre o citoplasma, então o prefixo hipopótamo& # 8211 significa que o fluido extracelular tem uma concentração mais baixa de solutos, ou uma osmolaridade mais baixa, do que o citoplasma da célula.) Isso também significa que o fluido extracelular tem uma concentração mais alta de água do que a célula. Nessa situação, a água seguirá seu gradiente de concentração e entrará na célula. Isso pode causar a explosão de uma célula animal, ou lyse.

Em um hipertônico solução (o prefixo hiper& # 8211 refere-se ao fluido extracelular com uma concentração mais alta de solutos do que o citoplasma da célula), o fluido contém menos água do que a célula, como a água do mar. Como a célula tem uma concentração menor de solutos, a água deixará a célula. Com efeito, o soluto está puxando a água para fora da célula. Isso pode fazer com que uma célula animal encolha, ou crenate.

Em um isotônico solução, o fluido extracelular tem a mesma osmolaridade da célula. Se a concentração de solutos da célula corresponder à do fluido extracelular, não haverá movimento líquido de água para dentro ou para fora da célula. A célula manterá sua aparência & # 8220normal & # 8221. As células sanguíneas em soluções hipertônicas, isotônicas e hipotônicas assumem aparências características (Figura 4).

Lembre-se de que todos os três termos são comparações entre duas soluções (ou seja, dentro e fora da célula). Uma solução não pode ser hipotônica, seria como dizer que Bob é mais alto. Isso não faz sentido & # 8211 você precisa dizer que Bob é mais alto do que Mike. Você pode dizer que a solução dentro da célula é hipotônica para a solução fora da célula. Isso também significa que a solução externa é hipertônica em relação à solução interna (assim como Mike seria mais curto do que Bob).

Figura 4 A pressão osmótica altera a forma dos glóbulos vermelhos em soluções hipertônicas, isotônicas e hipotônicas. (crédito: modificação da obra de Mariana Ruiz Villarreal)

Alguns organismos, como plantas, fungos, bactérias e alguns protistas, têm paredes celulares que circundam a membrana plasmática e evitam a lise celular. A membrana plasmática só pode se expandir até o limite da parede celular, de modo que a célula não sofre lise. Na verdade, o citoplasma das plantas é sempre ligeiramente hipertônico em comparação com o ambiente celular, e a água sempre entrará na célula da planta se houver água disponível. Este influxo de água produz pressão de turgor, que enrijece as paredes celulares da planta (Figura 5) Em plantas não lenhosas, a pressão de turgescência sustenta a planta. Se as células vegetais ficarem hipertônicas, como ocorre na seca ou se uma planta não for regada adequadamente, a água sairá da célula. As plantas perdem a pressão de turgescência nessa condição e murcham.

Figura 5 A pressão de turgescência dentro de uma célula vegetal depende da tonicidade da solução em que ela é banhada. (Crédito: modificação do trabalho de Mariana Ruiz Villarreal)


Como a entropia se relaciona com osmose e difusão?

Ambos os processos funcionam para espalhar as partículas de soluto (atingir o equilíbrio) - isso representa a maior quantidade de dispersão de energia no sistema.

Explicação:

Devido à natureza cinética das partículas, seu movimento constante empurra as partículas ao redor (ou seja, pense no movimento browniano).

A probabilidade de partículas serem movidas de uma região onde são escassas para uma região onde são mais comuns é improvável, enquanto a probabilidade de partículas se moverem de uma região onde são densas para uma região onde são escassas é mais provável.

Um desequilíbrio na concentração de solutos em solução pode ser visto como energeticamente denso de um lado, e os processos de difusão e osmose são processos naturais que funcionam sem uma entrada de energia para interromper o lado enegeticamente denso, maximizando a dispersão de energia (isto é, entropia )

Entropia é a tendência de as coisas se espalharem espontaneamente e irem de um estado concentrado altamente ordenado para um estado difuso menos ordenado.

Explicação:

A entropia é a base da segunda lei da termodinâmica. O calor vai de um estado de alta energia, altamente localizado, para um estado de baixa energia, que possui uma densidade mais baixa, ou difuso.

A difusão é um resultado direto da segunda lei ou entropia. As moléculas se espalham em todas as direções, diminuindo as concentrações das moléculas no espaço original.

Osmose é a difusão controlada por uma membrana. A membrana permite a difusão em apenas uma direção. Devido ao tamanho das aberturas na membrana, pequenas moléculas podem se difundir através da membrana, mas moléculas maiores não podem

A segunda lei da termodinâmica ou entropia indica que todo o universo está se tornando mais difuso. A taxa de expansão do universo está aumentando, fazendo com que o universo se torne mais baixo em energia calor / calor / densidade. A energia térmica total do universo permanecerá constante, mas se tornará tão difusa que não haverá mais matéria ou energia utilizáveis.


UM GUIA DE RECURSOS COMPLETO NO OSMOSE

Você sabia que dependendo do tamanho do seu corpo, 55% a 78% é água? A osmose é um dos processos biológicos mais importantes nos seres vivos, pois é o método que permite que a água se espalhe pelas células sem água, as células morrerão. Este Guia de Recursos sobre Osmose ilustrará a importância desse processo para a sobrevivência.

Visão geral da osmose

Osmose é a passagem de água de uma área de baixa concentração de soluto através de uma membrana semipermeável para uma área de alta concentração de soluto para equalizar as concentrações de soluto em ambos os lados. Um solvente é a substância de base, onde um soluto está sendo dissolvido e o resultado é a solução. Através da osmose, a água é fornecida às células do seu corpo e desempenha um papel significativo na preservação da vida. É esse processo que ajuda as plantas a receberem água e até é usado na diálise renal.

    & ndash Os professores que discutem o tópico de osmose podem usar este link para fazer uma apresentação interessante sobre osmose. - Saiba mais sobre a diferença entre difusão e osmose neste site.

Fatores que afetam a taxa de osmose

Temperatura - Quanto mais alta a temperatura, mais rápido as moléculas de água se movem através da membrana semipermeável.

Superfície - Quanto maior a área de superfície, mais espaço para as moléculas se moverem facilmente, quanto menor a área, mais restrito os movimentos das moléculas e mais lento o movimento.

Diferença no potencial hídrico & ndash Quanto maior a diferença no potencial da água, mais rápida a osmose para as moléculas menores de água na região de baixa concentração, mais moléculas de água da região de maior concentração podem entrar mais rápida e facilmente.

Pressão & ndash Quanto mais pressão, mais rápido as moléculas se moverão, pois estão sendo empurradas mais rapidamente em uma concentração baixa.

Gradiente de concentração - O movimento da osmose é afetado pelo gradiente de concentração quanto menor a concentração do soluto dentro de um solvente, mais rápida a osmose ocorrerá naquele solvente.

Claro e escuro & ndash Eles também são fatores de osmose, pois quanto mais forte a luz, mais rápida é a osmose.

Pressão osmótica

A pressão osmótica é uma propriedade coligativa. Em outras palavras, depende da concentração molar do soluto, mas não de sua densidade. É a pressão que é aplicada a uma solução para impedir o fluxo interno de água através de uma membrana semipermeável, ou simplesmente é a pressão necessária para interromper a osmose. A pressão osmótica é mostrada quando as moléculas de água que tentam atravessar a membrana semipermeável são impedidas de fazê-lo.

Exemplo de pressão osmótica: coloque algumas passas em um copo d'água por algumas horas, observe que elas incham e se guardadas por mais tempo estouram. A razão é que, à medida que a água continua a se difundir na cobertura membranosa das passas, esse influxo de água cria uma pressão interna e, ao atingir seu limite, a casca externa da passas estourará, uma vez que ela não pode mais suportar a pressão.

    & ndash Esta é uma boa ilustração sobre como calcular a pressão osmótica. & ndash Você sabe o que é pressão osmótica? Este site lhe dará uma explicação visual. & ndash Os professores que estão dando aulas sobre pressão osmótica podem seguir este modelo de plano de aula.

Gradiente Osmótico

O gradiente osmótico é a diferença entre duas soluções de concentração em cada lado de uma membrana semipermeável que distingue a porcentagem diferente de uma concentração de partícula específica que é dissolvida em uma solução. O gradiente osmótico atua sobre soluções que possuem uma membrana semipermeável entre elas, permitindo que a água se difunda entre as duas soluções em direção à solução com a concentração mais alta. Eventualmente, a água com maior concentração será igualmente difundida para o lado de menor concentração. Ele cria equilíbrio para que a água continue a fluir igualmente nos dois sentidos, resultando em uma solução estabilizada.

    & ndash Este artigo descreve como o gradiente osmótico na medula renal é formado. Este tópico está entre os mecanismos mais complexos apresentados aos estudantes de fisiologia. Através da experimentação, o gradiente de osmose será claramente ilustrado.

1. Osmose reversa é um processo de separação usando pressão para forçar um solvente a passar por uma membrana semipermeável que mantém o soluto de um lado e direciona o solvente puro para o outro. Em outras palavras, este é o processo onde a pressão osmótica é aplicada para forçar um solvente de uma área de alta concentração de soluto para uma área de baixa concentração de soluto.

Exemplos: Como solução para a escassez de água, a água da chuva é purificada como água potável. Grandes indústrias usam osmose reversa para remover minerais de sua água de caldeira para serem reciclados. A osmose reversa é a técnica usada na diálise do fígado. Uma máquina de diálise imita a função dos rins.

2. A osmose direta usa osmose para separar diretamente a água de um alimentação solução com solutos indesejados. UMA empate solução usa a solução de alimentação para forçar a água através de uma membrana semipermeável, resultando na alimentação solução se tornando concentrada e o empate solução diluindo-se. o empate solução que agora está diluída pode ser usada com um soluto ingerível como a glicose ou transmitida para um processo secundário a partir do empate soluto.

Exemplos de osmose direta são dessalinização, purificação de água e processamento de alimentos.

    & ndash Você conhece o lado bom da osmose reversa, agora vamos ver o lado escuro. & ndash Por meio do processo de análise reversa, aqueles que sofrem de doenças do fígado podem se beneficiar da diálise do fígado. & ndash O principal processo de dessalinização é o processo de osmose reversa. - Este site contém um experimento realizado sobre osmose direta.


Tipos de Soluções

Existem três tipos diferentes de soluções que são usadas para descrever o movimento da água. A primeira é a solução hipertônica. A solução hipertônica tem uma concentração de soluto mais alta do que os outros tipos de solução. Quando uma célula animal é colocada em uma solução hipertônica, ela perde água e encolhe. Isso é chamado de célula flácida. O segundo tipo de solução é denominado solução hipotônica. Esta solução apresenta baixa concentração de soluto quando comparada às demais soluções. Quando uma célula animal é colocada neste tipo de solução, a célula absorve toda a água e fica inchada. O tipo de solução final é o tipo de solução isotônica. Esta solução não tem diferença na concentração de soluto através da membrana semipermeável, portanto, não tem movimento líquido de água através da membrana.


Assista o vídeo: Czy można pić wodę po odwróconej osmozie? ECOPERLA (Fevereiro 2023).