Kas ir osmotiskais spiediens?

Tāpat kā daudzi dabas spēki, osmoze ir spēks, kas virza risinājumus līdzsvara stāvoklī. Ja šķīdumā, ko ieskauj plāna membrāna, ir lielāka ķīmiskas vielas, piemēram, sāls vai cukura, koncentrācija nekā tajā pašā šķīdumā ārpus membrānas, līdzsvara spēki virza visu šķīdumu uz vienmērīgu ķīmisko vielu koncentrācijas stāvokli. Šis dabiskais process ir īpaši svarīgs attiecībā uz ūdeni dzīvības formās uz Zemes, kam ir potenciālās enerģijas līmenis, kas liek tam atšķaidīt koncentrētus šķīdumus, izmantojot dažādus spēkus, piemēram, osmozi un gravitāciju. Šo stāvokli sauc par ūdens potenciālu, un ūdens spēja iedarbināt šo spēku palielinās līdz ar ūdens tilpumu un dziļumu, kas ir osmotiskā hidrostatiskā spiediena forma.

Lai gan ūdens potenciāls ir izlīdzinošs spēks dažādiem risinājumiem, šī spēka pretstats ir pazīstams kā osmotiskais potenciāls, kas ir potenciālās enerģijas vērtība, kas osmotiskajam spiedienam ir jāiztur līdzsvara stāvoklim. Aprēķinus osmotiskā spiediena faktiskās vērtības noteikšanai vispirms izstrādāja Jakobuss Hofs, Nobela prēmijas laureāts holandiešu ķīmiķis no 19. gadsimta beigām līdz 20. gadsimta sākumam. Viņa idejas vēlāk pilnveidoja tā paša laika ASV ķīmiķis Harmons Mors.

Tā kā osmotiskā spiediena procesu var apsvērt arī gāzēm, kas atdalītas ar puscaurlaidīgu membrānu, tas atbilst tiem pašiem fizikālajiem noteikumiem kā ideālās gāzes likums. Tāpēc osmotiskā spiediena vienādojumu var norādīt kā P = nRT/V, kur “P” ir osmotiskais spiediens un “n” ir izšķīdušās vielas daudzums vai molekulu molu skaits, kas atrodas tilpumā — “V” risinājums. Vērtība “T” apzīmē vidējo šķīduma temperatūru, un “R” ir gāzes konstante 8.314 džouli uz Kelvina grādu.

Lai gan osmotiskais spiediens ir svarīgs dzīvnieku šūnu bioloģijā, lai aizsargātu šūnu no nevēlamu ķīmisko izšķīdušo vielu vai paša ārējā šķīduma iekļūšanas, augos tas kalpo svarīgākam mērķim. Nodarbojoties ar ūdens potenciāla spēku, augu šūnas izmanto osmotisko spiedienu, lai nodrošinātu augu šūnu sieniņām zināmu stingrību vai stingrību. Apvienojot šo spēku starp vairākām augu šūnām, tas dod augam iespēju ražot stublājus, kas stāv vertikāli un var pretoties bojājumiem, ko rada tādi klimatiskie spēki kā vējš un lietus. Tāpēc augi mēdz nokalst un nokarst, ja tiem trūkst ūdens, jo šūnu sieniņās ir nepietiekams osmotiskais hidrostatiskais spiediens, lai izturētu gravitācijas spēkus un laika apstākļus.