Осмотическая концентрация , ранее известная как осмолярность , [1] - это мера концентрации растворенного вещества , определяемая как количество осмолей (Osm) растворенного вещества на литр (л) раствора (осмоль / л или Osm / л). Осмолярность раствора обычно выражается как Osm / L (произносится как «осмолярный»), точно так же, как молярность раствора выражается как «M» (произносится как «молярный»). В то время как молярность измеряет количество молей растворенного вещества на единицу объема раствора, осмолярность измеряет количество осмолей растворенных частиц на единицу объема раствора. [2]Это значение позволяет измерять осмотическое давление раствора и определять, как растворитель будет диффундировать через полупроницаемую мембрану ( осмос ), разделяя два раствора с разной осмотической концентрацией.
Единица [ править ]
Единицей осмотической концентрации является осмоль . Это единица измерения вне системы СИ, которая определяет количество молей растворенного вещества, которые вносят вклад в осмотическое давление раствора. Milliosmole ( мОсм ) составляет 1/1000 из osmole. Microosmole ( μOsm ) (также пишется microosmole ) 1/1000000 из osmole.
Типы растворенных веществ [ править ]
Осмолярность отличается от молярности, потому что она измеряет осмоли частиц растворенного вещества, а не моль растворенного вещества. Различие возникает из-за того, что одни соединения могут диссоциировать в растворе, а другие - нет. [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 ионы Na + и Cl - . 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 (MgCl 2 ), который диссоциирует на ионы Mg 2+ и 2Cl - . На каждый 1 моль MgCl 2 в растворе приходится 3 осмоля растворенных частиц.
Неионные соединения не диссоциируют и образуют только 1 осмоль растворенного вещества на 1 моль растворенного вещества. Например, раствор глюкозы с концентрацией 1 моль / л равен 1 осмоль / л. [2]
Множественные соединения могут влиять на осмолярность раствора. 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 [ править ]
Осмолярность раствора, выраженная в осмолях на литр (осмоль / л), рассчитывается по следующему выражению:
где
- φ - осмотический коэффициент , учитывающий степень неидеальности раствора. В простейшем случае это степень диссоциации растворенного вещества. Тогда 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 приводят к тому, что φ становится меньше 1, даже если происходит 100% диссоциация (см. Уравнение Дебая – Хюккеля );
- n - количество частиц (например, ионов), на которые диссоциирует молекула. Например: глюкоза имеет п 1, в то время как NaCl , имеет п 2;
- C - молярная концентрация растворенного вещества;
- индекс i представляет собой идентичность конкретного растворенного вещества.
Осмолярность можно измерить с помощью осмометра, который измеряет коллигативные свойства , такие как понижение точки замерзания , давление пара или повышение точки кипения .
Осмолярность против тоничности [ править ]
Осмолярность и тоничность - взаимосвязанные, но разные понятия. Таким образом, термины, заканчивающиеся на -осмотический (изосмотический, гиперосмотический, гипосмотический), не являются синонимами терминов, заканчивающихся на -тонический (изотонический, гипертонический, гипотонический). Эти термины связаны между собой тем, что они оба сравнивают концентрации растворенных веществ в двух растворах, разделенных мембраной. Термины различны , так как осмолярность учитывает суммарную концентрацию растворенных веществ , проникающих и непроникающей растворенные вещества, в то время как изотонический учитывает суммарную концентрацию , не являющихся свободно проникающих растворенных веществ только . [3] [2]
Проникающие растворенные вещества могут диффундировать через клеточную мембрану , вызывая мгновенные изменения объема клетки, поскольку растворенные вещества «тянут» за собой молекулы воды. Непроникающие растворенные вещества не могут проникать через клеточную мембрану; следовательно, для достижения равновесия растворов должно происходить движение воды через клеточную мембрану (т. е. осмос ) .
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, проникает в растворенное вещество), увлекая за собой воду, не вызывая чистого изменения объема раствора.
Осмолярность плазмы против осмоляльности [ править ]
Осмолярность плазмы можно рассчитать исходя из осмоляльности плазмы по следующему уравнению: [4]
Osmola г итй = osmola л итй * (ρ Золь - с )
где:
- ρ sol - плотность раствора в г / мл, что для плазмы крови составляет 1,025 г / мл . [5]
- c a - ( безводная ) 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 является произведением осмоляльности и массовой плотности воды (также известной как осмотическая концентрация).
Проще говоря, осмоляльность - это выражение осмотической концентрации растворенного вещества на массу растворителя, тогда как осмолярность - на объем раствора (то есть преобразование путем умножения на массовую плотность растворителя в растворе (кг растворителя / литр раствора).
где m i - моляльность компонента i.
Осмолярность / осмолярность плазмы важна для поддержания надлежащего электролитного баланса в кровотоке. Неправильный баланс может привести к обезвоживанию , алкалозу , ацидозу или другим опасным для жизни изменениям. Антидиуретический гормон (вазопрессин) частично отвечает за этот процесс, контролируя количество воды, удерживаемой организмом из почек при фильтрации кровотока. [6]
См. Также [ править ]
- Молярность
- Моляльность
- Осмоляльность плазмы
- Тоничность
- фактор Вант-Гоффа
Ссылки [ править ]
- DJ Taylor, NPO Green, GW Stout Biological Science
- ^ Золотая книга ИЮПАК
- ^ a b c d e f g Видмайер, Эрик П .; Хершель Рафф; Кевин Т. Стрэнг (2008). Физиология человека Вандера, 11-е изд . Макгроу-Хилл. С. 108–12 . ISBN 978-0-07-304962-5.
- ^ 1947-, Костанцо, Линда С. (2017-03-15). Физиология . Предыдущие: Костанцо, Линда С., 1947- (Шестое изд.). Филадельфия, Пенсильвания. ISBN 9780323511896. OCLC 965761862 .CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
- ^ Страница 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]
- ^ Плотность крови Сборник фактов по физике . Отредактировал Гленн Элерт. Проверено 26 марта 2009 года.
- ^ 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. DOI : 10,1172 / jci103832 . PMC 293190 . PMID 13641405 .
Внешние ссылки [ править ]
- Информация об осмотической концентрации из Золотой книги ИЮПАК
- Онлайн-калькулятор осмолярности / осмоляльности сыворотки