Осмос в клетке

Литература

Уайли А.Дж.,
Амерлан А.С.Ф., Дъюби Г.А. Применение метода обратного
осмоса в целлюлозно-бумажной промышленности // Технологические
процессы с применением мембран. М.: Мир, 1976, С. 240-269.
Дытнерский Ю.И., Быков И.Р. Испарение
через мембрану как промышленный процесс разделения азеотропных
водно-органических смесей // Хим. пром. 1995. ¹ 8. C. 439-445.
Волков В.В. Разделение жидкостей испарением через
полимерные мембраны // Изв. Академии наук. Серия химическая. 1994.
¹ 2. C. 208-218.
Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы.
— М.: Химия, 1986. 272 с.
Дытнеpский Ю.Ф. Мембpанные процессы pазделения
жидких смесей.- М.: Химия, 1975. 232 с.
Андрюхова М.В. Разработка технологии разделения
водных смесей спиртов С₂-С₄ сочетанием ректификации
и первапорации на примере смеси изопропанол-вода. Автореф. дисс.
… канд. техн. наук. Ангарск, 1994. 17 с.
Андрюхова М.В., Комарова Л.Ф., Смекалов В.Т.
Статические и динамические аспекты мембранного разделения водно-спиртовых
смесей // ЖПХ. 1996. T. 69. ¹ 6. C. 917-921.
Кафаров В.В. Принципы создания безотходных
химических производств. — М.: Химия, 1982 — 288 с.
Андрюхова М.В., Комарова Л.Ф. Разделение
азеотропных водно-спиртовых смесей методом первапорации // ЖПХ.
1996, T. 69, ¹ 4., C. 583-586.

Поступило в редакцию 14.07.1997

Т.Г.Шарикова, Л.Ф.Комарова, М.В.АндрюховаХимия растительного сырья.
[email protected]

Осмотическое давление

Осмотическое давление определяются как давление минимума, которое должно быть приложено, чтобы предотвратить прохождение растворителя из менее концентрированного раствора к более концентрированному раствору через полупроницаемую мембрану ( полупроницаемая мембрану ). В биофизике мы выделяем онкотическое давление, которое соответствует той части осмотического давления, которая обусловлена белками. Осмотическое давление реализуется, когда доля молярной доли водного растворителя не равна 1.

Можно представить себе, что в наиболее концентрированном растворе молекулы воды менее многочисленны и, следовательно, имеется выравнивание этого количества молекул воды на каждой части мембраны. Но этот эффект очень минимален. Фактически, в наиболее концентрированном растворе молекулы воды (если растворителем является вода) группируются вокруг гидрофильных молекул растворенного вещества. Эти монополизированные молекулы не пересекают мембрану; главное — разница в концентрации «свободной воды». Таким образом, свободная вода перемещается из раствора, где концентрация свободной воды высока, в раствор, где концентрация свободной воды низка, до тех пор, пока концентрации не станут равными. Но в конце концов результат всегда один: растворитель переходит в раствор с наибольшей концентрацией растворенного вещества.

Осмотическое давление пропорционально концентрациям растворенных веществ по обе стороны от мембраны и температуре; когда один находится в присутствии нескольких растворенных веществ, необходимо учитывать все растворенные вещества (как в случае сложного газа, сумма парциальных давлений ).

Осмотическое давление идеального раствора рассчитывается по формуле, разработанной Ван’т Гоффом в 1886 году и применяющей второй принцип термодинамики .

Π⋅Vзнак равно-р⋅Т⋅пер⁡(1-Икс2){\ Displaystyle \ Pi \ cdot V = -R \ cdot T \ cdot \ ln (1-x_ {2})}

или же

Π{\ displaystyle \ Pi}осмотическое давление, Па ;
V{\ displaystyle V} — молярный объем, занимаемый растворителем;
р{\ displaystyle R}- постоянная идеального газа ;
Т{\ displaystyle T}- абсолютная температура, К ;
Икс2{\ displaystyle x_ {2}}- мольная доля растворенного вещества.

Уравнение, применяемое к действительным решениям, со своей стороны,

Π⋅Vзнак равно-р⋅Т⋅пер⁡(1-γ⋅Икс2){\ Displaystyle \ Pi \ cdot V = -R \ cdot T \ cdot \ ln (1- \ gamma \ cdot x_ {2})}

где — коэффициент активности растворенного вещества.
γ{\ displaystyle \ gamma}

Для очень разбавленного раствора близко к 0 и ≈ .
Икс2{\ displaystyle x_ {2}}-пер⁡(1-Икс2){\ displaystyle — \ ln (1-x_ {2})}Икс2{\ displaystyle x_ {2}}

Поэтому мы можем упростить уравнение:

Πзнак равноИкс2⋅р⋅ТVзнак равнопротив⋅р⋅Т{\ Displaystyle \ Pi = {\ гидроразрыва {x_ {2} \ cdot R \ cdot T} {V}} = c \ cdot R \ cdot T} : это закон Ван т Гоффа

или же

против{\ displaystyle c}- концентрация раствора (путем добавления всех присутствующих веществ).

Мы также можем написать это так:

Πзнак равнор⋅Т⋅я⋅M{\ Displaystyle \ Pi = R \ CDOT T \ CDOT I \ CDOT M}

или же

я{\ displaystyle i} количество частиц на единицу формы
M{\ displaystyle M}это молярная концентрация (моль на кубический метр)

( Коллигативная молярная концентрация называется )
я.M{\ displaystyle iM}

Заметим аналогию с законом идеального газа

п⋅Vзнак равнонет⋅р⋅Т{\ Displaystyle п \ cdot V = п \ cdot R \ cdot T}

или же

V{\ displaystyle V} объем газа;
нет{\ displaystyle n}количество молей газа;

Рассмотрим два водных раствора 1 и 2 осмотического давления, а затем, если вода переходит от 2 к 1; 2 концентрируются ( увеличивается) и 1 разбавляется ( уменьшается) до тех пор, пока осмотическое давление не сравняется.
Π1{\ displaystyle \ Pi _ {1}}Π2{\ displaystyle \ Pi _ {2}}Π1>Π2{\ Displaystyle \ Pi _ {1}> \ Pi _ {2}}Π2{\ displaystyle \ Pi _ {2}}Π1{\ displaystyle \ Pi _ {1}}

Обсуждение результатов

Таблица 2

Зависимость производительности и состава паровой фазы от состава исходной смеси

Мембрана	Х, % масс.	J(X)	Y(X)
ПЭК	3.30 — 14.70	-0.310 + 0.75Х	102.790 — 0.688Х
ПАСК	1.46 — 8.03	0.196Х	-34.142 + 40.908Х — 3.684Х2

Полученные полиномы, а также рассчитанное ранее гидравлическое
сопротивление на делительной пластине опытно-промышленной первапорационной
установки типа фильтр-пресс [] легли в основу расчета процесса
первапорации. В работе расчет ведется для одной установки (аппарата),
которая может работать на различных мембранах (ПАСК, ПЭК) и состоять
из нескольких модулей. Зачастую производственные площади ограничены
и возможность произвольно компановать модули является важным достоинством
мембранной системы. Модуль пpедставляет собой аппаpат типа «фильтp-пpесс»
с плоскокамерными элементами и общей площадью мембран 2,5 м2.

Определение оптимального числа таких модулей, а также
целесообразность использования той или иной мембраны является
одной из задач, решаемой посредством сравнения расчетов материальных
балансов различных вариантов установки.

Для разработки технологической схемы обезвоживания
этанола был проведен расчет разделения смеси этанол — вода с начальной
концентрацией 88% масс. и конечной — 98% масс. спирта в количестве
50 кг. Зависимость времени разделения от количества параллельно
работающих модулей приведена в табл.. В результате расчета материального
баланса получены данные о потоках: количество обезвоженного спирта
44.97 кг и 5.03 кг очищенной воды.

Таблица 3

Зависимость времени работы установки, ч. от типа мембраны и количества модулей

Тип мембраны	Количество модулей
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Время работы установки, ч.
ПАСК	2.48	1.24	0.83	0.62	0.49	0.41	0.35	0.31	0.28	0.25
ПЭК	4.22	3.14	2.09	1.57	1.25	1.04	0.89	0.78	0.69	0.63

Анализ полученных результатов показал, что время разделения смеси
нелинейно падает с увеличением площади мембран, кратной количеству
параллельно используемых модулей. При сравнении зависимости времени
работы установок от типа мембран и количества модулей (табл. ),
полученных в результате расчета, нетрудно видеть, что при использовании
мембраны ПАСК необходимый эффект разделения достигается за более
короткий промежуток времени при одинаковых значениях материальных
потоков. Такое различие обусловлено преимуществом мембраны ПАСК
в производительности, несмотря на то, что по селективности она
уступает мембране ПЭК. Изложенное позволяет рекомендовать мембрану
ПАСК для разделения смеси этанол-вода за минимальное время.

Для определения оптимального числа модулей в установке
был произведен расчет затрат на количество энергии (перекачивание
жидкости и создание вакуума), потребляемое за время работы мембранных
модулей и амортизационную стоимость мембран за час работы (табл. ).

Таблица 4

Зависимость затрат (тыс. руб./ч) на проведение процесса от количества модулей в установке

Затраты	Количество модулей
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Энергозатраты	4.32	2.16	1.44	1.08	0.86	0.71	0.61	0.54	0.49	0.44
Амортизация	1.05	2.11	3.16	4.22	5.27	6.38	7.47	8.44	9.34	10.46
Суммарные расходы	5.37	4.27	4.60	5.30	6.14	7.09	8.08	8.98	9.83	10.90

Из табл. видно, что с увеличением количества модулей уменьшаются
продолжительность процесса и, соответственно, энергозатраты, но
возрастает амортизационная стоимость мембран. Минимуму суммарных
затрат соответствует параллельное использование в схеме двух модулей
с мембранами ПАСК. Схема, состоящая из рекомендуемого количества
модулей, может служить основой для создания экономически целесообразной
технологии разделения смеси этанол-вода околоазеотропного состава
методом первапорации

Проект «Осмос и фрукты»

Осмос
в биологии – это явление, на котором
основывается обмен веществ у живых
организмов. Без него невозможно
существование жизни на планете.

Обычно
вишни лопаются от сока, но во время
проведения этого научного эксперимента
они будут лопаться под влиянием
осмотического давления. Во время этого
эксперимента вы сможете заинтересовать
свой любопытный ум и постараетесь понять
новую научную концепцию.

Что нам понадобится:

вишни (лучше всего подойдут свежие вишни Бинг);
стеклянное блюдо;
вода;
бумага;
карандаш;
пластиковая крышка, чтобы закрыть блюдо.

Ход эксперимента:

Пусть ваш ребёнок выдвинет гипотезу. Что, по его мнению, произойдёт с вишнями, если их оставить на ночь в воде? Например, он может предположить, что они уменьшатся и сморщатся или же посчитает, что вода никак не повлияет на вишни. Выстраивание гипотез – важная часть научного метода.
Скажите ребёнку нарисовать изображение вишен, иллюстрирующее их внешний вид до проведения эксперимента. Впоследствии он сможет сравнить свой рисунок с тем внешним видом, который приобретут вишни после пребывания в воде.
Положите 2 или 3 свежие вишни на дно стеклянного блюда и заполните его проточной водой. Оставьте их приблизительно на 8 часов (например, на ночь). Закройте блюдо пластиковой крышкой. Это позволит добавить уровень влажности.
После истечения 8 часов посмотрите на вишни. Каким образом изменился их внешний вид? Вероятно, ребёнок заметит трещины и отверстия на поверхности ягод. Они лопнули.
Затем попросите вашего помощника сделать рисунок вишен и проиллюстрировать их внешний вид после проведения эксперимента. Запишите результаты эксперимента. Это ещё один важный этап научного метода.
Объясните ребёнку, почему вишни лопнули: они впитали воду через маленькие поры. Это явление называется «осмосом». Плоды впитывают воду, но вода не может выйти наружу через те же самые поры, через которые проникла внутрь. Вода накапливается внутри и давление, возникающее вследствие этого, называется «осмотическим давлением». Вследствие этого ягоды лопаются. Фермеры заметили этот эффект, когда вишни лопались от дождя и высокого уровня влажности.

Недостатки осмос фильтров для очистки воды

По отзывам многочисленных потребителей можно выделить следующие недостатки обратноосмотической установки:

Невысокая производительность при большом количестве расхода воды. Приблизительно, чтобы получить 1 литр очищенной по всем правилам жидкости должно уйти около 3 литров воды.
Достаточно большие размеры усложняют установку прибора в необходимом месте (например под раковиной)
Высокая цена
В случаях отклонения давления в системе от нормы потребуются дополнительные средства на докупку нужных элементов
Главным недостатком использования установки обратного осмоса является негативное влияние полученной воды на организм. Это объясняется тем, что полученная после очистки жидкость является практически дистилированной водой, то есть водой в которой полностью отсутствуют необходимые для человеческого организма минеральные вещества. Короткий период потребления такой жидкости не окажет негативного влияния на организм. В то время как в результате продолжительного потребления дистиллята в организме может наступить нарушение солевого баланса. Это может привести к необратимым негативным последствиям (развитие хрупкости костей, артроз, истончение хрящевых тканей, повышение риска сердечно-сосудистых заболеваний и пр.)

Рассматривая мембрану обратного осмоса стоит сказать, что именно она будет задерживать все необходимые для организма микроэлементы (например: кальций, отвечающий за хрупкость костей; магний и др).

Обратный осмос

В случае, когда на раствор с большей концентрацией воздействует внешнее давление, превышающее осмотическое, молекулы воды начнут двигаться через полупроницаемую мембрану в обратном направлении, то есть из более концентрированного раствора в менее концентрированный.

Этот процесс называется «обратным осмосом». По этому принципу и работают все мембраны обратного осмоса.

В процессе обратного осмоса вода и растворенные в ней вещества разделяются на молекулярном уровне, при этом с одной стороны мембраны накапливается практически идеально чистая вода, а все загрязнения остаются по другую ее сторону. Таким образом, обратный осмос обеспечивает гораздо более высокую степень очистки, чем большинство традиционных методов фильтрации, основанных на фильтрации механических частиц и адсорбции ряда веществ с помощью активированного угля.

Применение

В системах обратного осмоса бытового назначения давление входной воды на мембрану соответствует давлению воды в трубопроводе. В случае, если давление возрастает, поток воды через мембрану также возрастает.

На практике, мембрана не полностью задерживает растворенные в воде вещества. Они проникают через мембрану, но в ничтожно малых количествах. Поэтому очищенная вода все-таки содержит незначительное количество растворенных веществ

Важно, что повышение давления на входе не приводит к росту содержания солей в воде после мембраны. Наоборот, большее давление воды не только увеличивает производительность мембраны, но и улучшает качество очистки

Другими словами, чем выше давление воды на мембране, тем больше чистой воды лучшего качества можно получить.

В процессе очищения воды концентрация солей со стороны входа возрастает, из-за чего мембрана может засориться и перестать работать. Для предотвращения этого вдоль мембраны создается принудительный поток воды, смывающий «рассол» в дренаж.

Эффективность процесса обратного осмоса в отношении различных примесей и растворенных веществ зависит от ряда факторов. Давление, температура, уровень рН, материал, из которого изготовлена мембрана, и химический состав входной воды, влияют на эффективность работы систем обратного осмоса.

Неорганические вещества очень хорошо отделяются обратноосмотической мембраной. В зависимости от типа применяемой мембраны (ацетатцеллюлозная или тонкопленочная композитная) степень очистки составляет по большинству неорганических элементов 85%-98%.

Мембрана обратного осмоса также удаляет из воды и органические вещества . Органические вещества с молекулярным весом более 100-200 удаляются полностью; а с меньшим — могут проникать через мембрану в незначительных количествах. Большой размер вирусов и бактерий практически исключает вероятность их проникновения через мембрану.

В то же время, мембрана пропускает растворенные в воде кислород и другие газы, определяющие ее вкус. В результате, на выходе системы обратного осмоса получается свежая, вкусная, настолько чистая вода, что она, строго говоря, даже не требует кипячения.

Давление?

Когда дело доходит до понимания процесса осмоса, одним из самых запутанных аспектов является использование словадавления

Чтобы избежать путаницы, важно уточнить, что раствор сам по себе не оказывает гидростатического давления из-за своего осмотического давления

Например, 1 М раствор глюкозы имеет осмотическое давление 22 атм. Однако раствор не «взрывает» стеклянные бутылки и может храниться так же, как чистая вода, поскольку изолированный раствор не преобразуется в гидростатическое давление.

Термин «давление» используется только из-за исторической случайности, поскольку первые ученые, изучавшие эти явления, были физическими и химическими.

Таким образом, если два раствора, которые отличаются своим осмотическим давлением, разделены мембраной, будет создано гидростатическое давление.

Установки обратного осмоса

Процесс обратного осмоса используется в осмотических фильтрах, имеющих специальные мембраны, которые задерживают растворенные в воде минеральные и органические примеси, вирусы и бактерии. Здесь очистка воды производится на молекулярном и ионном уровне, при этом значительно уменьшая общее солесодержание в воде. В Европе и США для очистки муниципальной воды используется много домашних фильтров обратного осмоса с содержанием солей от 500 до 1000 мг/л; обратноосмотические системы высокого давления способны довести до качества нормальной питьевой воды солоноватую и даже морскую воду (36000 мг/л).

Фильтрами на основе обратного осмоса удаляются из воды ионы Са, Mg, Cl, Na, тяжелых металлов, мышьяк, удобрения, инсектициды и многие другие примеси. Таким образом, обратноосмотические мембраны представляют собой «молекулярное сито», которое задерживает практически все примесные элементы, содержащиеся в воде — независимо от их природы. Это предотвращает возможные проблемы потребителей воды, связанных с неполным или неточным анализом исходной воды, особенно из индивидуальных скважин.

Мембрана является самым важным элементом обратноосмотических установок. Через поры мембраны пропускается исходная вода, загрязненная различными частицами и примесями. Эти поры настолько малы, что сквозь них загрязнения практически не проходят. Чтобы предотвратить забивание мембранных пор, вдоль мембранной поверхности направляется входной поток, вымывающий загрязнения. Происходит, таким образом, разделение входного потока на два выходных: на пермеат — раствор, проходящий через мембранную поверхность и концентрат — часть исходного потока, не прошедшего через мембрану.

Внимание! Вода, подаваемая на установку обратного осмоса, должна соответствовать определённым требованиям (подробнее здесь). Использование мембранной установки для фильтрации воды из индивидуальных скважин в большинстве случаев требует предварительного обезжелезивания воды

Осмос

Известно, что в основе обмена веществ всех живых организмов лежит явление осмоса. Именно благодаря этому процессу в каждую живую клетку поступают питательные вещества и выводятся шлаки.

Мы наблюдаем явление осмоса при наличии двух соляных растворов с разными концентрациями, разделенных полупроницаемой мембраной.

Такая мембрана, пропуская молекулы и ионы определенного размера, непроницаема для веществ с молекулами большего размера. Молекулы воды способны свободно проникать через мембрану – в отличие от молекул растворенных в воде солей.

При наличии по обе стороны полупроницаемой мембраны солесодержащих растворов с разной концентрацией, происходит перемещение молекул воды через мембрану из слабо концентрированного раствора в более концентрированный, что повышает в последнем уровень жидкости. Даже если оба раствора находятся под одинаковым внешним давлением, в силу явления осмоса наблюдается процесс проникновения воды через мембрану.

Разница в высоте уровней двух растворов разной концентрации пропорциональна силе, под действием которой вода проходит через мембрану. Эта сила называется «осмотическим давлением».

Приложения

Библиография

Гласстон С. Учебник физической химии 2- е изд. ( 1948 ), Студенческое издание Macmillan

Процессы мембранного разделения
Перепад давления	Микрофильтрация (MF) Ультрафильтрация (УФ) Ультрафильтрация с тангенциальным потоком Гемофильтрация Нанофильтрация (НФ) Обратный осмос (RO) Пьезодиализ (ПД)
Сила гравитации
Центробежная сила
Разница температур	Мембранная дистилляция (DM) Термоосмос (ТО) Термодиализ (ТД)
Разница в концентрации ( химический потенциал )	Диализ (D) Гемодиализ (HD) Печеночный диализ Осмос (O) Первапорация (PV) Перстракция (PS) Паропроницаемость (PdV) Газопроницаемость (PG) Отсроченный осмос под давлением (PRO) Обратный электродиализ (КРАСНЫЙ)
Разница электрического напряжения ( электрический потенциал )	Мембранный электролиз (ЭМ) Электроосмос (ЭО) Электродиализ (ЭД) Биполярный мембранный электродиализ (БДМБ) Электро-ультрафильтрация (EUF)
Состав	Полимерная мембрана Керамическая мембрана
Научные журналы

Вода после обратного осмоса

Когда большинство людей впервые пробуют очистить воду с помощью системы обратного осмоса, вкус очень приятный, легкий, свежий и никогда не бывает плохим. Напитки, приготовленные из чистой воды, приобретают характерный вкус. Например, вы можете попробовать тонкие различия во вкусе разных сортов чая.

При употреблении мягкой воды прекращаются заболевания мочевыводящих путей, так как она не содержит солей кальция, а «песок» и «камни», уже накопившиеся в почках, начинают распадаться. Стенки кровеносных сосудов, основная верхняя мембрана, постепенно начинают освобождаться от «цемента» — избытка кальция. Реакция pH крови начинает смещаться в кислую сторону. Это благотворно влияет на многие метаболические процессы. Улучшается снабжение кислородом всех клеток организма, так как связывание кислорода с гемоглобином ослабевает и доля кислорода в клетках становится выше.. Это оказывает благотворное влияние на многие другие процессы. Синтез интерферона, главной защитной функции организма, клетки мозга начинают функционировать более эффективно, а состояние нервной системы в целом улучшается. Кислород — питающиеся стволовые клетки не переходят на анаэробную диету, поскольку соотношение phor sound начинает получать кислород, тем самым снижая риск развития рака. Это небольшой список положительных изменений в организме, которые происходят, как только вы начинаете пить чистую воду.

Полезные свойства чистой, мягкой воды, не содержащей солей и примесей, доказаны жителями горных регионов России, в том числе одними из самых долгоживущих людей в мире. Хорошо известно, что вода горных рек по своему составу и чистоте ближе всего к воде обратного осмоса. Подробнее об анализе горных ручьев читайте в статье «Измерение качества воды в горных ручьях в Альпах».

Статьи о том, что вода после обратного осмоса пуста и бесполезна, — не более чем маркетинговые мифы. Талая мягкая вода из ледников горных ручьев или мягкая питьевая вода из обратного осмоса не «вымывает» кальций, а просто позволяет нашему организму избавиться от нежелательных солей, включая соли кальция.

Мембранная очистка устраняет до 99% жесткости воды, поэтому приборы служат гораздо дольше. При мягкой воде, полностью очищенной от солей жесткости и растворенного железа (кариеса), нагревательные элементы и насосы служат годами, не страдая от отложений кальция. Образование соли в чайнике теперь полностью исключено.

Фильтры обратного осмоса могут сделать любую воду чистой и пригодной для питья. Закажите фильтр обратного осмоса и начните свой путь к колодцу уже сегодня!

В соответствии со статьей 1270 Гражданского кодекса РФ копирование или перепечатка данной статьи полностью или частично без согласия автора запрещены.

Обратный осмос в обычной жизни

В домашних условиях система обратного осмоса представляет собой небольшое устройство, работающее при давлении до трех атмосфер. Она производит несколько литров воды в день. Это не очень много, но достаточно для квартиры или дома. Воду из обратного осмоса можно быстро расходовать.

Мембраны обратного осмоса обычно заменяются или очищаются от одного до четырех раз в год, в зависимости от качества поступающей воды. Наблюдение за внешними признаками, такими как падение давления воды или колебания давления, поможет вам понять, когда наступает подходящий момент.

Мембраны можно очищать реагентами с повышенным или пониженным значением pH. Все примеси можно разделить на различные основные группы примесей.

Коллоидные примеси — частички глины, угольная пыль и прочие примеси, которые прошли через фильтры предварительной очистки;
Неорганические соли — карбонаты кальция и магния, железо, марганец и другие металлические соединения, создающие плотные отложения в мембране;
Органические вещества, чаще всего природного происхождения, создают слизь между листами мембраны;
Биологические обрастания — колонии водорослей и микроорганизмов, которые оседают и размножаются в корпусе мембраны.

Важно: Все растворы для очистки мембран обратного осмоса очень агрессивны и могут быть опасны для здоровья, поэтому не стоит забывать о мерах предосторожности и обращаться в сервисную службу

Приближаясь к идеалу

Я расскажу вам простым и понятным языком, что такое осмос и как вы можете извлечь пользу из использования этого принципа в своей повседневной жизни.

Хорошо известно, что родниковая вода идеально подходит для человека. Он не имеет запаха, прекрасно утоляет жажду и является источником энергии. Но почему же так высоко ценится родниковая вода?

На самом деле, все очень просто. Источник пронизывает слои и проходит через множество слоев. Это глина, песок, чернозем, гипс и ракушечник. Благодаря такой структуре почвы грязь отсеивается. Он очищается до кристальной чистоты. Именно поэтому родниковая вода является синонимом совершенства.

Но почему мы так упорно пытаемся найти этот идеал? Почему мы так счастливы, когда находим чистый источник? Почему мы так жадно пьем из него? Почему в 21 веке, в век технологий, мы так любим чистоту природы?

Развитие технологий сделало воду доступной для всех. Однако…

Но, несмотря на прогресс, качество водопроводной воды далеко от идеала.

Осмотическое давление и гидростатическое давление

Осмотическое давление — это также механическое давление, действующее на мембрану. Если разница осмотического давления очень большая, это может привести к разрыву мембраны (в случае гемолиза ).

И наоборот, если мы оказываем механическое ( гидростатическое ) давление, мы можем заставить частицы проходить через мембрану. Это то, что происходит при остром отеке легких, и это то, что используется при обратном осмосе . Это явление также наблюдается на яйцах аквариумных рыб, которые могут лопнуть или раздавиться в зависимости от разницы осмотического давления на каждой стороне мембраны, скорлупы.

Обратный осмос представляет собой метод очистки воды; это также метод опреснения (или опреснения) морской воды, позволяющий производить пресную воду .

Осмос можно использовать для создания микроскопических осмотических насосов ; В этом микронасосе батарея заменена некоторым количеством соли . Эта соль более сконцентрирована в устройстве, чем снаружи, из-за осмотического давления она имеет тенденцию выходить из своего резервуара. При этом «выходной ток», который он создает, вызывает входной ток (то есть «накачку»). Эта система использовалась в микролаборатории размером с таблетку, которая может брать образцы микробиоты из кишечника для исследования.

Практический опыт

Жёсткость. Традиционно вода почти везде очень жёсткая. Ну мы это видим по накипи в чайниках. Чревато это песком и камнями в некоторых органах.
Рекомендации всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для питьевой воды: кальций – 20-80 мг/л; магний – 10-30 мг/л. Для жёсткости какой-либо рекомендуемой величины не предлагается, но она связана с содержанием этих элементов. Российские нормативные документы (СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03) для питьевой воды регламентируют: магний – не более 50 мг/л; жесткость — не более 7°Ж.
Норматив физиологической полноценности бутилированной воды (СанПиН 2.1.4.1116-02): кальций – 25-130 мг/л; магний – 5-65 мг/л; жесткость – 1,5-7°Ж.
Железо. Из-за старых ржавых труб — получаем высокое содержание железа. Это не особо вредно, но влияет на органолептику — вода на вкус «ржавая». И поэтому СанПиН регламентирует не более 0,3 мг/л железа, впрочем, цифру в ряде случаев можно поднять до 1,0 мг/л.
Алюминий. Технология водоканалов использует оксихлорид алюминия как коагулянт. СанПиН допускает до 0,5 мг/л алюминия, но лично я сильно подозреваю, что цифра — завышена из-за технологов, в той же Европе согласно 80/778/ЕС уровень не должен превышать 0,3 мг/л при оптимальной цифре 0,05 мг/л. Алюминий — редкостная дрянь, а потому чем его меньше — тем лучше.

Тургор у растений

Объем воды внутри клеток зависит от концентрации как внутренней, так и внешней среды, а поток управляется явлениями диффузии и осмоса.

Если животную клетку (например, эритроцит) поместить в среду, которая позволяет воде проникать, она может в конечном итоге лопнуть. Напротив, у растительных клеток есть стенка, которая защищает их от осмотического стресса.

Фактически, недревесные растения используют это давление, создаваемое пассивным поступлением воды. Это давление помогает сохранить припухлость различных органов растения, например, листьев. Как только вода начинает вытекать из клеток, клетка теряет опухоль и увядает.

Обратный осмос

Осмос является основой важного жизненного процесса. Он позволяет клеткам проникать в клетки

Стенки — мембраны — живых клеток полупроницаемы, что означает, что некоторые вещества могут проходить через них, а другие задерживаются. Так осуществляется кровообращение и обмен веществ.

Осмос является основой важного жизненного процесса. Он позволяет клеткам проникать в клетки

Корни растений поглощают воду путем осмоса.

Если бы осмос не помогал им «пить», морские рыбы подвергались бы риску обезвоживания.

Ссылки

Купер, Г. М., Хаусман, Р. Э. и Хаусман, Р. Э. (2000).Клетка: молекулярный подход. АСМ пресс.
Эккерт Р., Рэндалл Р. и Августин Г. (1988).Физиология животных: механизмы и адаптации. WH Freeman & Co.
Хилл, Р. В., Вайз, Г. А., Андерсон, М., и Андерсон, М. (2004).Физиология животных. Sinauer Associates.
Карп, Г. (2009).Клеточная и молекулярная биология: концепции и эксперименты. Джон Вили и сыновья.
Поллард, Т. Д., Эрншоу, В. К., Липпинкотт-Шварц, Дж., И Джонсон, Г. (2016).Электронная книга по клеточной биологии. Elsevier Health Sciences.
Шмидт-Нильсен, К. (1997).Физиология животных: адаптация и окружающая среда. Издательство Кембриджского университета.

Заключение

Благодаря
проведенным экспериментам вы немного
приоткрыли для себя явление
осмоса. Подумайте о том, как оно
применяется в нашем быту или промышленности.
Например, вы можете изучить обратный
осмос и как на его основе работают
фильтры для воды. Для
этого достаточно найти информацию о
том, как функционирует система
обратного осмоса и что это такое,
а также о том, каким образом она
обеспечивает фильтрацию.

Практика
последних лет показывает, что развитие
этой технологии имеет большое значение,
так как каждый человек нуждается в
чистой воде не зависимо от того, где он
живет, в Москве
или небольшом городе на другом континенте.
Поэтому все чаще мы слышим про осмос,
когда речь идет о необходимости выбрать
фильтр для дома. А это
значит, что данная тема достойна изучения!