ώσμωση

Φαινόμενο που εκδηλώνεται όταν, με τη βοήθεια μιας ειδικής μεμβράνης, είναι δυνατόν να διαχωριστεί ένα διάλυμα από τον διαλύτη του ή ένα αραιωμένο διάλυμα από ένα πυκνότερο. Το φαινόμενο συνίσταται στη διέλευση του διαλύτη από τη μεμβράνη κατά την κατεύθυνση που θα επιφέρει την εξίσωση της περιεκτικότητας μέσα και έξω από τη μεμβράνη. Οι μεμβράνες που επιτρέπουν την εκδήλωση του φαινομένου της ώ. ονομάζονται ημιδιαπερατές· τα μόρια του διαλύτη περνούν μέσα από αυτές, αλλά εμποδίζονται να περάσουν τα μόρια της διαλυμένης ουσίας. Η εντυπωσιακότερη εκδήλωση του ωσμωτικού φαινομένου είναι η πίεση που προκαλείται στο εσωτερικό της διάλυσης (ωσμωτική πίεση). Η ωσμωτική πίεση εκδηλώνεται όταν ένας σωλήνας με μια διάλυση ζάχαρης σε νερό και κλειστός από το ένα άκρο με ημιδιαπερατή μεμβράνη εμβαπτιστεί σε ένα δοχείο με νερό. Μετά από ορισμένο χρονικό διάστημα το υγρό του σωλήνα ανέρχεται. Το πείραμα αυτό, χρήσιμο για αποδεικτικούς σκοπούς, δεν προσφέρεται για τη μέτρηση της ωσμωτικής πίεσης. Η ωσμωτική πίεση, κατά τον αυστηρό ορισμό της, είναι η πίεση που πρέπει να εφαρμοστεί σε ένα διάλυμα διαχωρισμένο από τον διαλύτη από μια τελείως ημιδιαπερατή μεμβράνη, ώστε να εμποδιστεί το ωσμωτικό φαινόμενο, δηλαδή η διέλευση του διαλύτη στο διάλυμα. Η διαπίστωση ότι οι φυσικές μεμβράνες δεν είναι σε ικανοποιητικό βαθμό ημιδιαπερατές, ώθησε στην αναζήτηση τεχνητών μεμβρανών με την ιδιότητα αυτή. Ο Μόριτς Τράουμπε (1864) ανεκάλυψε ότι μία ταινία σιδηροκυανιούχου χαλκού συμπεριφέρεται περίπου ως ημιδιαπερατή μεμβράνη. Ο Βίλχελμ Πφέφερ (1877), αξιοποιώντας την ανακάλυψη του Τράουμπε, κατασκεύασε ένα σύστημα με το οποίο μέτρησε την ωσμωτική πίεση πολλών διαλυμάτων και διετύπωσε το αξιόλογο συμπέρασμα ότι υπάρχει σχεδόν μαθηματική αναλογία μεταξύ της περιεκτικότητας του διαλυμένου σώματος και της ωσμωτικής πίεσης, όπως επίσης και μεταξύ της ωσμωτικής πίεσης και της απόλυτης θερμοκρασίας. Ο Γιάκομπους βαν’τ Χοφ (1886) απέδειξε την αυστηρή αναλογία που υφίσταται μεταξύ της συμπεριφοράς των αερίων και της συμπεριφοράς των διαλυμάτων. Η ωσμωτική πίεση ενός διαλύματος είναι αριθμητικά ίση με την πίεση που θα ασκούσαν τα μόρια του διαλυμένου σώματος αν βρίσκονταν σε κατάσταση αερίου και κατελάμβαναν τον ίδιο όγκο της διάλυσης στην ίδια θερμοκρασία. Αποδείχθηκε ότι η υπόθεση του βαν’τ Χοφ ισχύει για τις ουσίες που δεν έχουν ηλεκτρολυτικό χαρακτήρα (σακχαρόζη, αραβικό κόμμι κλπ.), ενώ διαπιστώθηκε πειραματικά ότι οι ηλεκτρολύτες παρουσιάζουν διαφορετική συμπεριφορά. Οι ανωμαλίες αυτές έδωσαν την αφορμή για τη διατύπωση της θεωρίας της ηλεκτρολυτικής διάσπασης. Για την ερμηνεία των ωσμωτικών φαινομένων διατυπώθηκαν διάφορες θεωρίες, μία από τις οποίες είναι η θεωρία του βομβαρδισμού, που ανήκει στον ίδιο τον βάν’τ Χοφ. Όπως η πίεση που προκαλείται σε ένα δοχείο από το αέριο που περιέχει οφείλεται στις κρούσεις των μορίων στα τοιχώματα του δοχείου, έτσι και η ωσμωτική πίεση οφείλεται στις κρούσεις των μορίων της διαλυμένης ουσίας στο ημιδιαπερατό τοίχωμα. Σύμφωνα με μια άλλη θεωρία, τα μόρια του διαλύτη, που βρίσκονται σε διαφορετικές ποσότητες στις δύο πλευρές της μεμβράνης, προκαλούν με τις κρούσεις τους διαφορετικές πιέσεις βομβαρδισμού (όπως είναι φυσικό, ο καθαρός διαλύτης περιέχει, ανά μονάδα όγκου, περισσότερα μόρια διαλύτη από το διάλυμα). Επομένως, η ωσμωτική πίεση, κατά τη θεωρία αυτή, οφείλεται στη διαφορά των δύο πιέσεων βομβαρδισμού. Μια άλλη θεωρία αποδίδει το φαινόμενο στις διαφορετικές τάσεις ατμών που υπάρχουν στις δύο πλευρές της μεμβράνης. Η τάση των ατμών στον διαλύτη είναι μεγαλύτερη από την τάση στο διάλυμα και επομένως από τους πόρους της μεμβράνης πραγματοποιείται απόσταξη διαλύτη, συνέπεια της οποίας είναι η ώ. Και ο μηχανισμός λειτουργίας της μεμβράνης, δηλαδή η αιτία της ημιδιαπερατότητάς της, υπήρξε αντικείμενο διαφόρων ερμηνειών ώσπου διαπιστώθηκε οριστικά ότι λειτουργεί ως ένα κόσκινο που συγκρατεί, ανάλογα με το μέγεθος των πόρων, τα μόρια του διαλυμένου σώματος και επιτρέπει να περνούν εκείνα που είναι κατά κανόνα πολύ μικρότερα. Με βάση πάντα την αρχή αυτή κατασκευάστηκαν τα μοριακά κόσκινα αερίων και ατμών. Η ώ. έχει μεγάλη σπουδαιότητα στη βιολογία, δεδομένου ότι αφορά όλα σχεδόν τα φυσιολογικά φαινόμενα· η λειτουργία, π.χ., των νεφρών, των ερυθρών αιμοσφαιρίων και του λεμφοκυτταρικού συστήματος βασίζονται στην ώ., όπως επίσης η τροφοδότηση των κυττάρων, τα τοιχώματα των οποίων είναι ακριβώς ημιδιαπερατές μεμβράνες. Αριστερά, ο γυάλινος σωλήνας Α, κλειστός από το ένα άκρο με μια ημιδιαπερατή μεμβράνη περγαμηνής C και με περιεχόμενο ένα διάλυμα ζάχαρης σε νερό, εμβαπτίζεται στο δοχείο Β, που περιέχει καθαρό νερό. Ύστερα από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα το υγρό του σωλήνα ανεβαίνει κατά ένα ύψος h εξαιτίας της ώσμωσης. Δεξιά, πείραμα του Τράουμπε: στην επιφάνεια επαφής μιας διάλυσης θειούχου χαλκού CuSO4, με μια διάλυση σιδηροκυανιούχου κάλιου Κ4-Fe (Cn)6, που περιέχονται σ’ ένα γυάλινο σωλήνα, σχηματίζεται με κατακρήμνιση μια λεπτή κρούστα (κύτταρο του Τράουμπε) από σιδηροκυανιούχο χαλκό Cu2Fe (CN)6, που αποτελεί μια μεμβράνη σχεδόν τελείως ημιδιαπερατή. Το δοχείο πορώδους πορσελάνης Α, γεμάτο με διάλυση θειούχου χαλκού και εμβαπτισμένο σε διάλυση σιδηροκυανιούχου κάλιου, κλείνεται ερμητικά στο γυάλινο δοχείο Β και συνδέεται. με ένα κλειστό μανόμετρο υδράργυρου Μ. Τα δύο διαλύματα έρχονται σε επαφή στο εσωτερικό των πόρων της πορσελάνης και σχηματίζουν μικρές μεμβράνες, που έχουν το πλεονέκτημα μιας μέτριας μηχανικής αποχής, επειδή εδράζονται στα τοιχώματα του δοχείου. Αν η συσκευή γεμίσει με το διάλυμα που εξετάζεται και εμβαπτιστεί στο διαλύτη, επιτρέπει ακριβείς μετρήσεις της ωσμωτικής πίεσης. Mια ημιδιαπερατή μεμβράνη Μ τοποθετείται στο κυλινδρικό δοχείο Α κατά τρόπο που να γλυστρά αεροστεγώς. Στο πάνω μέρος του δοχείου τοποθετείται ο διαλύτης και στο κάτω το διάλυμα. Από τις κρούσεις των μορίων της διαλυμένης ουσίας η μεμβράνη θα κινηθεί προς τα πάνω, στη θέση Μ’, προκαλώντας την είσοδο των μορίων του διαλύτη στο διάλυμα.

* * *

και εσφ. τ. όσμωση, η, Ν

1. (βιολ.-φυσ.-χημ.) η αυτόματη διέλευση ή διάχυση τού νερού ή ενός άλλου διαλύτη από ένα αραιό διάλυμα προς ένα πυκνό διάλυμα διά μέσου μιας ημιπερατής μεμβράνης

2. μτφ. αλληλεπίδραση.

[ΕΤΥΜΟΛ. Αντιδάνεια λ., πρβλ. αγγλ. osmosis (< ὠσμός «ώθηση» + κατάλ. -ωση*). Ο τ. ὤσμωσις μαρτυρείται από το 1889 στο Εγκυκλοπαιδικόν Λεξικόν].