Практическое значение осмоса

Осмос имеет большое значение в жизнедеятельности растительных и животных организмов. Известно, что все биологические ткани состоят из клеток. Каждая клетка имеет оболочку, внутри ее находится жидкость, которая представляет собой раствор различных веществ в воде. Оболочка клетки полупроницаема и через нее достаточно легко проходит вода.

Давлением, которое вызывается проникающей в клетки водой, объясняется упругость тканей растений, их плодов, листьев, стеблей, лепестков. Осмотическое давление в клетках зрелых плодов и овощей обычно колеблется от 0,49 до 0,98 МПа. В срезанных растениях, благодаря испарению воды объем внутриклеточной жидкости уменьшается, снижается давление и растение вянет. Увлажнение растений, погружение их в воду вызывает осмос и снова сообщает тканям упругость.

В концентрированных растворах идет диффузия воды из клетки в раствор, так как осмотическое давление внешнего раствора больше, чем давление внутри клетки. Потеря воды ведет к уменьшению объема клетки, нарушает нормальное течение физических и химических процессов в ней. Это явление называют плазмолизом.

Плазмолиз имеет большое значение при консервировании овощей и плодов в растворах поваренной соли или сахарозы.

При солении или квашении овощей поваренная соль является, во-первых, консервантом. Растворы соли (5-7 %) задерживают развитие большинства микроорганизмов, так как вызывают у них плазмолиз. Однако главное назначение поваренной соли заключается в том, что она вызывает плазмолиз растительных клеток, нарушает полупроницаемость клеточных оболочек. В результате происходит выделение клеточного сока, содержащего сахара. Эти сахара служат основой для молочнокислого брожения. Молочная кислота придает продукту специфический вкус и, являясь антисептиком, подавляет деятельность других микроорганизмов.

При варке плодов в концентрированном сахарном растворе (варка варенья) растительные клетки теряют воду, т. е. идет плазмолиз. Если скорость удаления воды больше, чем скорость диффузии сахара в плодовую ткань, то плоды после варки сморщиваются и становятся жесткими. Правильно выбранный режим варки предусматривает равенство скоростей этих процессов. В таком случае плоды сохраняют свой начальный объем и вид.

В данном случае сахар не только придает продукту вкусовые качества и питательность, но является и консервирующим веществом. В концентрированном сахарном растворе с высоким осмотическим давлением происходит плазмолиз клеток почти всех микроорганизмов.

Можно подобрать раствор такой концентрации, что его осмотическое давление будет равно осмотическому давлению внутриклеточной жидкости. В таком растворе состояние клетки не изменится. Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление, называются изотоническими.

Кровь, лимфа и другие тканевые жидкости человека и животных имеют осмотическое давление около 0,8 МПа. Такое же давление имеет 0,9%-ный раствор хлорида натрия. Относительно кропи он является изотоническим, не вызывает каких-либо изменений в клетках. Такой раствор называется физиологическим. Физиологический раствор часто служит основой для лекарственных препаратов, вводимых в организм инъекций.

Если к раствору, находящемуся в сосуде с полупроницаемыми стенками, приложить давление большее, чем его осмотическое давление, то из раствора через полупроницаемую перегородку будет вытесняться растворитель, а растворенное вещество останется в более концентрированном растворе. Этот метод удаления растворителя получил название обратного осмоса или гиперфильтрации. Он весьма перспективен для опреснения соленой морской воды. Осмотическое давление морской воды примерно составляет 0,27 МПа. При большем давлении из нее можно отфильтровать чистую воду. В качестве мембран для обратного осмоса морской воды используют полупроницаемые материалы на основе целлюлозы, пористые стекла и пористую керамику.