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滲透作用,是指水分通過土壤或覆蓋層的向下運動。通過半透膜從溶質濃度低的溶液向溶質濃度高的溶液的轉移現象。膜兩側溶液濃度存在差異,造成化學勢能差,在勢能差的驅動下,溶劑穿過對溶質不透膜的過程。

1 滲透作用 -滲透作用

中文名稱:滲透作用

定義1:水分通過土壤或覆蓋層的向下運動。 應用學科:大氣科學(一級學科);應用氣象學(二級學科) 

定義2:溶劑(如水分)通過半透膜從溶質濃度低的溶液向溶質濃度高的溶液的轉移現象。 應用學科:生態學(一級學科);生理生態學(二級學科)

 定義3:膜兩側溶液濃度存在差異,造成化學勢能差,在勢能差的驅動下,溶劑穿過對溶質不透膜的過程。 應用學科:細胞生物學(一級學科);細胞生理(二級學科) 

滲透作用滲透作用兩種不同濃度的溶液隔以半透膜(允許溶劑分子通過,不允許溶質分子通過的膜),水分子或其它溶劑分子從低濃度的溶液通過半透膜進入高濃

度溶液中的現象。或水分子從水勢高的一方通過半透膜向水勢低的一方移動的現象。

2 滲透作用 -1、滲透作用必須具備的的兩個條件:①半透膜;②半透膜兩側有濃度差。 2、表現出水分子的移動方向:濃度低→濃度高(順著水分子的相對含量的梯度) 3、原理:

3 滲透作用 -①滲透壓:π=cRT,其中c為溶液中溶質的濃度,R是氣體常數,T為熱力學溫度。由公式可以看出,滲透壓只與單位體積中溶質的分子或離子

4 滲透作用 -個數有關,而與其大小無關,比如0.3mol/L的葡萄糖溶液與0.3mol/L蔗糖溶液的滲透壓是相同的,而0.3mol/L的氯化鈉溶液的滲透壓約是0.

5 滲透作用 -3mol/L的葡萄糖溶液的滲透壓的兩倍。

濃度:濃度高的溶液滲透壓大,濃度低的溶液滲透壓小,水分子由滲透壓低的地方往滲透壓高的方向移動。醫學教育|網收集整理

③水勢:水勢是推動水分移動的強度因素。可通俗地理解為水移動的趨勢。水總是由高水勢處自發流向低水勢處,直到兩處水勢相等為止。任何含水體系的水勢,要受到能改

變水自由能的諸因素(如溶質、壓力等)的影響,使體系的水勢有所增減。例如溶於水的溶質能降低體系的自由能,使水勢降低。純水的水勢被規定:在標準狀況下(在一個

氣壓下,與體系同溫度時)為零。這裡說的純水是指不以任何方式(物理或化學)與其他物質結合的純的自由水。它無牽無掛"所含自由能最高,所以純水的水勢最高。當純水

中溶有任何物質時,由於溶質(分子或離子)與水分子相互作用,消耗了部分自由能,所以任何溶液的水勢比純水低。溶液的溶質越多,溶液的水勢越低。

滲透必須通過一種膜來進行,這種膜上的微孔只允許溶劑的分子通過,而不允許溶質的分子通過,因此稱為半透膜。若被半透膜隔開

的兩邊溶液的濃度不等(即單位體積內溶劑的分子數不等),則發生滲透現象。如圖5.3所示的裝置用半透膜把溶液和純溶劑隔開,這時溶劑分子在單位時間內進入溶液內的數

目,要比溶液內的溶劑分子在同一時間內進入純溶劑的數目要多。結果使得溶液的體積逐漸增大,垂直的細玻璃管中的液面逐漸上升。

滲透作用圖解滲透作用圖解

 

可見,滲透是溶劑分子通過半透膜單方向自動擴散。若要使膜內溶液與膜外純溶劑的液面相平,即要使溶液的液面不上升

,必須在溶液液面上增加一定壓力。溶液液面上所增加的壓力就是這個溶液的滲透壓力。因此滲透壓是為維持半透膜所隔

開的溶液與純溶劑之間的滲透平衡而需要的額外壓力。

滲透壓力滲透壓力

 

圖5.4 滲透壓力
1886年,范特霍夫【鏈接背景資料「5.1」】根據實驗結果,指出稀溶液的滲透壓與溫度、濃度的關係為:

其中P表示滲透壓,c表示濃度,T表示熱力學溫度,n表示溶質的物質的量,V表示溶液的體積。

例5.5 1升溶液中含有5.0克馬的血紅素,在298.15K 時測得溶液的滲透壓為0.183 kPa,求馬的血紅素的分子量。
  
如果在溶液上施加比其滲透壓更大的壓力,就會倒轉自然滲透的方向,使溶液中的水分通過半透膜擴散到純水中去,這一過程

叫做反滲透,如同5.5所示。反滲透的原理廣泛應用於海水淡化、工業廢水或污水處理和溶液的濃縮等方面。

反滲透示意圖反滲透示意圖

滲透現象在自然界中廣泛存在,在許多生命過程中有著不可缺少的作用。例如植物細胞液的滲透壓達2000kPa,所以水由植物

根部可輸送到數十米的高度。人體血液的平均滲透壓為780kPa,靜脈輸液時應使用等滲溶液,一般的有0.9%的生理鹽水和5%的葡萄

糖溶液。海水的滲透壓高達3000kPa,只要對海水加壓超過此壓力,海水便可通過半透膜發生反滲透而流出淡水,但性能優良且能

長期經受高壓而不被破壞的半透膜是必須的。


以上討論是針對非電解質稀溶液進行的,對於電解質溶液或濃溶液,稀溶液的依數性與溶液濃度的關係不再適用,但仍具有溶液蒸

氣壓下降、沸點上升、凝固點下降和滲透壓等性質,用電解質溶液與同濃度非電解質溶液的依數性變化的比值 i 來表示。如凝固

點下降偏差表示:
                                           
其中 為溶液實際的凝固點下降數值, 為溶液理論的凝固點下降數值。

一般地,強電解質AB的 i 接近於2;強電解質 A2B的 i 在2~3間;弱電解質的 i 略大於1。因此,對同濃度的溶液來說,沸點高低或滲透壓大小順序:
 
A2B型強電解質>AB型強電解質>弱電解質>非電解質

其蒸氣壓大小或凝固點高低順序:

非電解質>弱電解質>AB型強電解質> A2B型強電解質

利用以上關係,可進行同濃度溶液性質比較。
反滲透示意圖反滲透示意圖

 

滲透作用兩種不同濃度的溶液隔以半透膜(允許溶劑分子通過,不允許溶質分子通過的膜),水分子或其它溶劑分子從低濃度的溶

液通過半透膜進入高濃度溶液中的現象。或水分子從水勢高的一方通過半透膜向水勢低的一方移動的現象。植物細胞的液泡充滿水

溶液,將液泡膜及質膜視為半透膜,則細胞與細胞之間,或細胞浸於溶液或水中,都會發生滲透作用。實際上,生物膜並非理想半

透膜,它是選擇透性膜,既允許水分子通過也允許某些溶質通過,但通常使溶劑分子比溶質分子通過要多得多,因此可以發生滲透

作用。植物細胞由於細胞壁的存在,可以產生壓力而逐漸使細胞內外水勢相等,細胞停止滲透吸水。所以植物細胞放在水中一般不

會破裂。動物細胞如紅細胞放入水中即會破裂.

滲透實驗
把蠶豆種皮緊縛在漏鬥上,注入蔗糖溶液,然後把整個裝置浸入盛有清水的燒杯中,漏斗內外液面相等。由於蠶豆種皮是接近半透

膜(即讓水分子通過而蔗糖分子不能透過的一種薄膜),所以整個裝置就成為一個滲透系統。在一個滲透系統中,水的移動方向決定於半透膜兩邊溶液的水勢高低。水勢高的溶

液的水,流向水勢低的溶液。實質上,半透膜兩邊的水分子是可以自由通過的,可是清水的水勢高,蔗糖溶液的水勢低,從清水到蔗糖溶液的水分子比從蔗糖溶液到清水的水

分子多,所以在外觀上,燒杯中清水的水流入漏斗內,漏斗內的玻璃管內液面上升,靜水壓也開始增高。隨著水分逐漸進入玻璃管內,液面越上升,靜水壓也越大,壓迫水分

從玻璃管內向燒杯移動速度就越快,膜內外水分進出速度越來越接近。最後,液面不再上升,停留不動,實質上是水分進出的速度相等,呈動態平衡。水分從水勢高的系統通

過半透膜向水勢低的系統移動的現象,就稱為滲透作用。 

實驗2說明: 用長頸漏斗作一簡單的滲透計。漏鬥口上緊扎一塊半透膜(如豬膀胱、羊皮紙等),內裝30%的蔗糖液,然後將漏斗垂直地浸入一杯純水中。幾分鐘后,漏斗內的

水面開始上升,並可繼續上升到一定高度。產生這種現象的原因是由於半透性膜只能讓水分子自由通過,而不能讓蔗糖分子通過。當進入漏斗的水分子多於由漏斗外出的水分

子時,漏斗內水柱上升,當上升到一定高度時,漏斗內液柱的靜水壓剛好等於水分子向內擴散而產生的壓力時,水柱上升停止,這一現象就是滲透作用。滲透作用與植物的生

命活動密切相關。例如,植物細胞的原生質膜,液泡膜都是選擇透過性膜。液泡內有各種鹽類,糖類等物質,處於外界的水或稀溶液中,細胞內的濃度大於外界,由於滲透作

用,水便進入細胞,表現為植物的吸水。這種靠滲透作用吸水的過程,叫做滲透吸水。植物細胞在形成液泡以後,主要靠滲透作用來吸收水分。
滲透作用與吸脹作用 
吸脹作用親水凝膠吸附水分子,並使其膨脹的過程。為非生命的物理過程。植物組織中含有很多這類物質如纖維素、果膠物質、澱粉和蛋白質等,它們具有很強的親水性,在

未被水飽和時,就潛伏著很強的吸水能力。最明顯的例子是風乾種子,因為其內貯存著大量蛋白質或澱粉。蛋白質與水結合的趨勢大於澱粉,因此,豆類種子吸脹作用極為明

顯。吸脹物體由於吸附水分子而膨脹,其壓力是很大的,如將干種子塞滿岩石裂縫,借其吸水產生的吸脹壓力能使岩石破裂。 


植物吸收水分的方式有兩種:吸脹作用和滲透作用。 
吸脹作用是沒有液泡的植物細胞吸收水分的方式,如生長點的細胞、干種子細胞等,原理是細胞中有大量親水性物質,這些親水性能夠從外界吸收大量的水分,活細胞、死細

胞都能通過吸脹作用吸收水分。 

滲透作用是具有液泡的成熟的植物細胞吸收水分的方式,原理是:原生質層具有選擇透過性,原生質層內外的溶液存在著濃度差,水分子就可以從溶液濃度低的一側通過原生

質層擴散到溶液濃度高的一側。溶液滲透壓的高低與溶液中溶質分子的物質的量的多少有關,溶液中溶質分子物質的量越多,滲透壓越高,反之則越低。在比較兩種溶液滲透

壓高低時以兩種溶液中的溶質分子的物質的量為標準進行比較。如果溶質分子相同,也可以質量分數比較。能夠通過滲透作用吸水的細胞一定是一個活細胞。一個成熟的植物

細胞是一個滲透系統。驗證通過滲透作用吸水或失水的最佳實例是質壁分離和質壁分離復原的實驗。一次施肥過多引起「燒苗」,是由於土壤溶液的濃度突然增高,導致植物

的根細胞吸水發生困難或不能吸水所至。鹽鹼地里大多數農作物不能正常生長的原因之一也是土壤溶液濃度過高造成的。淹制的魚、肉等不易變質,是由於高濃度的鹽溶液使

細胞等微生物失水死亡之故。

 滲透作用與吸脹作用 
吸脹作用親水凝膠吸附水分子,並使其膨脹的過程。為非生命的物理過程。植物組織中含有很多這類物質如纖維素、果膠物質、澱粉和蛋白質等,它們具有很強的親水性,在

未被水飽和時,就潛伏著很強的吸水能力。最明顯的例子是風乾種子,因為其內貯存著大量蛋白質或澱粉。蛋白質與水結合的趨勢大於澱粉,因此,豆類種子吸脹作用極為明

顯。吸脹物體由於吸附水分子而膨脹,其壓力是很大的,如將干種子塞滿岩石裂縫,借其吸水產生的吸脹壓力能使岩石破裂。  

植物吸收水分的方式有兩種:吸脹作用和滲透作用。  
吸脹作用是沒有液泡的植物細胞吸收水分的方式,如生長點的細胞、干種子細胞等,原理是細胞中有大量親水性物質,這些親水性能夠從外界吸收大量的水分,活細胞、死細

胞都能通過吸脹作用吸收水分。  

滲透作用是具有液泡的成熟的植物細胞吸收水分的方式,原理是:原生質層具有選擇透過性,原生質層內外的溶液存在著濃度差,水分子就可以從溶液濃度低的一側通過原生

質層擴散到溶液濃度高的一側。溶液滲透壓的高低與溶液中溶質分子的物質的量的多少有關,溶液中溶質分子物質的量越多,滲透壓越高,反之則越低。在比較兩種溶液滲透

壓高低時以兩種溶液中的溶質分子的物質的量為標準進行比較。如果溶質分子相同,也可以質量分數比較。能夠通過滲透作用吸水的細胞一定是一個活細胞。一個成熟的植物

細胞是一個滲透系統。驗證通過滲透作用吸水或失水的最佳實例是質壁分離和質壁分離復原的實驗。一次施肥過多引起「燒苗」,是由於土壤溶液的濃度突然增高,導致植物

的根細胞吸水發生困難或不能吸水所至。鹽鹼地里大多數農作物不能正常生長的原因之一也是土壤溶液濃度過高造成的。淹制的魚、肉等不易變質,是由於高濃度的鹽溶液使

細胞等微生物失水死亡之故。

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