Difuze a osmóza

Difuze a osmóza

V tomto videu chci probrat pár témat,
která spolu souvisí.

V podstatě jsou to jednoduché věci,

ale někdy bývá těžké se v nich vyznat.

Tak snad se nám podaří si je ujasnit.

Začneme prostě tím,
že si představíme nějakou nádobu.

A v této nádobě budeme mít
pár molekul vody.

Zatím jsou tam jen molekuly vody.

Dochází mezi nimi ke tření,
je to voda v tekutém skupenství.

A mezi molekulami vody
máme i pár molekul cukru.

Cukr nakreslím růžovou.

Takže teď máme ve vodě
i pár molekul cukru.

Ale molekul vody je v nádobě
mnohem více.

To je třeba si uvědomit.

V nádobě je mnohem více
molekul vody.

V této situaci se látka, které je více,
nazývá rozpouštědlo.

V tomto případě máme více molekul vody.

Více je vždy té látky,
která má v nádobě větší počet molekul.

Raději se nebudu zmiňovat o molech a tak,

protože to ještě nemusíte znát.

Nám stačí, když víme,
že ta látka, které je více,

se nazývá rozpouštědlo.

V tomto případě je rozpouštědlem voda.

A čeho je méně...
více je vody, takže je rozpouštědlo,

a méně je v tomto případě cukru,

tak mu říkáme rozpuštěná látka.

Nemusí to být cukr,

mohou to být jakékoliv molekuly,
kterých je v nádobě méně než vody.

Cukr je rozpuštěná látka.

Říkáme, že cukr je rozpuštěný ve vodě.

Cukr je rozpuštěný ve vodě.

Dohromady tuto směs molekul
vody a cukru nazýváme roztok.

Celé se to jmenuje roztok.

Roztok se skládá
z rozpouštědla a rozpouštěné látky.

Rozpouštědlem je voda.

To je ta část roztoku, která rozpouští.

A v ní je rozpuštěná látka, cukr.

To je rozpuštěná látka.

Možná je to pro vás jen opakování,

ale já se o tom chtěl zmínit,
protože budu mluvit o jevu,

kterému říkáme difuze.

Difuze.

Je to v podstatě
celkem jednoduchý jev.

Kdybychom měli stejnou nádobu...

nebo raději pro difuzi udělám jinou.

K cukru a hlavně k vodě
se ještě vrátíme.

Vezmeme si jinou nádobu

a v ní bude například
pár částic vzduchu.

Může to být kyslík
nebo oxid uhličitý.

Takže teď nakreslím pár
molekul plynu.

Bude to třeba
plynný kyslík,

každý kroužek je molekula 02.

Toto je počáteční stav
a všude kolem je vakuum.

Je tam určitá teplota,

takže molekuly mají
určitou kinetickou energii

a pohybují se v náhodném směru.

A moje otázka zní:
co se stane v této nádobě?

Molekuly do sebe budou
náhodně narážet.

Je pravděpodobnější, že nárazy
budou ve směru dolů a doleva

a ne nahoru a doprava.

Takže když se tato molekula
pohybuje dolů a doleva,

narazí do jiné molekuly,
která ji odrazí nahoru a doprava.

Ale v tomto směru už
nemá do čeho narazit.

Obecně se všechny pohybují
náhodným směrem,

ale pohyb doprava je pravděpodobnější.

Při pohybu vlevo
pravděpodobněji do něčeho narazí.

Je to celkem logické.

Po určitém čase se v tomto systému
vytvoří jistá rovnováha,

kterou teď nebudeme rozebírat,

pokud se chcete dozvědět více,
podívejte se na videa o termodynamice.

Nakonec bude nádoba vypadat
nějak takhle,

i když je určitá pravděpodobnost,
že zůstanou takhle,

ale mnohem pravděpodobnější je,

že těchto pět částic
se od sebe výrazně rozestoupí.

Toto je difuze.

V podstatě je to rozprostření
částic nebo molekul

z míst vysoké koncentrace
do míst s nízkou koncentrací.

I v této nádobě se molekuly
rozestupují tímto směrem:

z oblasti s vysokou koncentrací
do míst s nízkou koncentrací.

Teď se jistě ptáte:
co je to ta koncentrace?

Koncentraci můžeme určit
mnoha způsoby,

třeba pomocí molarity, molality a podobně.

Ale nejjednodušší je zjistit
počet částic na jednotku prostoru.

Tady máme hodně molekul
na jednotku prostoru

a naopak tady je málo částic
na jednotku prostoru.

Takže toto je vysoká koncentrace

a tady je koncentrace nízká.

Můžeme si ukázat další podobný pokus.

Představte si roztok
v takových nádobách...

Nakreslím dvě nádoby

a v nich bude opět roztok.

Před chvílí jsme měli plyn,

ale teď se vrátíme
k prvnímu příkladu s roztokem.

Uprostřed je průchod,

který je mnohem širší
než molekuly vody i cukru.

Na každé straně máme
určité množství molekul vody.

Takže máme mnoho molekul vody.

Všechny tyto molekuly se pohybují
náhodnými směry.

Na obou stranách mají molekuly
stejnou pravděpodobnost,

že přejdou do druhé nádoby,

za předpokladu, že v obou nádobách
je hladina vody stejně vysoko,

takže je vyrovnaný tlak.

Představme si,
že hladiny jsou stejně vysoko,

takže zde není z žádné strany vyšší tlak

a nemůže se stát, že by třeba
z levé nádoby přešlo více molekul

a hladina v pravé nádobě se zvýšila.

Zatím ovšem máme jen
dvě nádoby s vodou.

Teď tam rozpustíme nějakou látku.

A tuto látku rozpustíme
pouze v levé nádobě.

Vložíme pár molekul cukru do levé nádoby.

Tyto molekuly jsou tak malé,
že projdou průchodem.

Co se teď stane?

Všechny molekuly mají
nějakou kinetickou energii,

Různě do sebe naráží.

Voda prochází z jedné nádoby do druhé,

Tahle molekula vody jde tudy,
tahle zase tudy,

ale tyto změny jsou vyrovnané.

Po čase ale některá molekula cukru
půjde tím správným směrem...

třeba zrovna tahle se bude pohybovat
tímto směrem,

projde přesně tunelem,
který spojuje obě nádoby,

a ocitne se v té pravé.

A nepřestane se pohybovat,

takže je možné, že se vrátí zpět.

Ale vlevo bude stále
více molekul cukru než vpravo,

takže bude více pravděpodobné,
že třeba tahle...

ta už vlastně přešla...

ale je stále pravděpodobnější,
že z těchto molekul přejde jedna vpravo,

než že tahle se vrátí.

Představte si, že v soustavě je
obrovské množství částic, ne jen čtyři,

všechny částice se po čase rozestoupí,

takže v nádobách budou přibližně
stejné koncentrace.

Nám by tu po čase možná zůstaly dvě.

Kdyby tam skutečně bylo
pouze 3, 4 nebo 5 částic,

je jistá šance, že se to nevyrovná.

Ale těchto malých částic
mohou být miliardy,

šance na vyrovnání je pak velmi vysoká.

Během tohoto procesu
v nádobě s vysokou koncentrací

došlo ke snížení koncentrace

a částice se rozšířily
z nádoby s vysokou koncentrací

do nádoby s koncentrací nízkou.

Říkáme, že difundovaly,
a proces se jmenuje difuze.

Ještě se naučíme pár pojmů,
které se s difuzí používají.

Na začátku měla tato nádoba
koncentraci vyšší.

Levá nádoba měla vyšší koncentraci.

Vyšší koncentraci v porovnání
s druhou nádobou.

Takže druhá nádoba
měla nižší koncentraci.

Máme pro to zvláštní pojmy.

Tento roztok s vysokou koncentrací
se nazývá hypertonický roztok.

Napíšu to žlutou.

Hypertonický roztok.

Předpona hyper- obecně znamená
"mít něčeho hodně",

"mít něčeho nadbytek".

A tento roztok s nižší koncentrací
je hypotonický roztok.

Hypotonický roztok.

Možná jste slyšeli někoho hladového říci,
že má hypoglykemii.

To znamená,
že se mu točí hlava,

protože má v krvi málo cukru,
a potřebuje se najíst, aby neomdlel.

A když si dáte nějakou sladkost,
máte zase hyperglykémii,

nebo jste třeba hyperaktivní.

Tyhle předpony je dobré znát.

Hypertonický zde znamená,
že máme mnoho rozpuštěné látky.

Máme vysokou koncentraci.

A v hypotonickém roztoku
je málo rozpuštěné látky,

čili je tam nízká koncentrace.

To je dobré vědět.

Při difuzi, když nejsou přítomné
žádné bariéry, což my nemáme,

přechází rozpuštěná látka
z místa s vyšší koncentrací,

čili z hypertonického roztoku,

do hypotonického roztoku,
kde je koncentrace nižší.

Pojďme se teď podívat
na zajímavý experiment.

Mluvili jsme o difuzi,
zatím jen o difuzi rozpuštěné látky.

Vždy to nemusí platit,
ale pokud mluvíme obecně,

rozpuštěná látka je to,
čeho je méně,

a rozpouštědlo je to,
čeho je mnohem více.

Nejběžnější rozpouštědlo je voda,
ale nemusí být vždy.

Může to být i nějaký alkohol,

může to být... třeba i rtuť.

Mohou to být kombinace molekul,

ale voda je v chemii a biologii
nejběžnějším rozpouštědlem.

V ní se rozpouští jiné látky.

Co by se ale stalo, kdyby byl tunel
příliš malý pro rozpuštěnou látku,

ale dost velký pro vodu?

Představme si takovou situaci.

Abychom si to lépe přestavili,
nakreslím zajímavou věc.

Budeme mít nádobu...

vlastně ani nemusím kreslit nádobu.

Řekněme, že tady je vnější prostředí
s určitým množstvím vody.

To je vnější prostředí
a v něm se nachází membrána.

Stěnou této membrány může procházet voda.

Takže membrána je polopropustná.

Je propustná pro vodu,
ale rozpuštěná látka přes ni neprojde.

Rozpuštěnou látkou bude cukr.

Takže vodu máme
vně i uvnitř membrány.

Tyto malé kroužky jsou molekuly vody.

Toto je membrána.

A teď přidáme pár molekul cukru.

Opět jsem vybral cukr,
ale může to být cokoliv.

Molekuly cukru jsou
trochu větší než molekuly vody...

vlastně molekuly cukru jsou
mnohem větší než molekuly vody.

Nakreslil jsme čtyři,
ale ve sktečnosti jsou jich miliardy.

A vody je také obrovské množství.

Chci znázornit, že molekul vody
je více než molekul cukru.

A tato membrána je polopropustná.

Propustná znamená,
že umožňuje částicím procházet.

Polopropustná znamená,
že všechny nepropustí.

Tato polopropustná membrána
propouští pouze molekuly vody.

Voda projde,

ale cukr neprojde,
protože je příliš velký.

Cukr neprojde,

protože jeho molekuly
jsou příliš velké.

Když si membránu přiblížíme,
možná bude vypadat takto.

Nakreslím tuto membránu zvětšenou.

V membráně budou takové malé dírky.

Molekuly vody by mohly být takhle velké.

Vejdou se do dírek a projdou.

Takže molekuly vody mohou
přecházet přes dírky v membráně,

ale molekuly cukru
jsou takhle velké a nevejdou se tam.

Jsou příliš velké na tento otvor
a nemohou jím procházet.

Co si myslíte, že se stane v této situaci?

Nejdříve si projdeme naše pojmy.

Cukr je rozpuštěná látka.

Voda je rozpouštědlo.

Tady máme polopropustnou membránu.

Na které straně membrány je
vyšší koncentrace rozpuštěné látky?

Je to vnitřní strana,
kde je hypertonický roztok.

Napíšu to sem: hypertonické prostředí.

Vnější strana má nižší koncentraci,

takže je tam hypotonické prostředí.

Nižší koncentrace rozpuštěné látky.

Kdyby tyto otvory byly větší,
jako v předchozím příkladě,

díky náhodnému pohybu částic
by na obě strany přecházela nejen voda,

ale byla by stejná pravděpodobnost...

vlastně o tom chci mluvit později.

Kdyby vše bylo průchozí,
byla by tam stejná pravděpodobnost

a molekuly cukru by se mohly dostat
na druhou stranu,

a nakonec by se koncentrace
na obou stranách vyrovnaly.

Byla by to běžná difuze.

Přechod z roztoku o vysoké koncentraci
do roztoku s nízkou koncentrací.

Ale v tomto případě nemohou
molekuly cukru projít skrz otvor.

Pouze voda může jít tam i zpět.

Kdyby tu nebyly molekuly cukru,
vodě by nic nebránilo v pohybu

a její molekuly by měly stejnou šanci
přecházet oběma směry.

Byla by tu stejná pravděpodobnost.

Ale díky molekulám cukru na pravé straně,

tedy na vnitřní straně membrány -

toto je zvětšená
vnitřní strana membrány -

mají na této straně menší šanci projít,

protože molekuly cukru
jim můžou stát v cestě k otvoru.

Molekuly vody zde mají
menší pravděpodobnost dostat se k otvoru.

Je více pravděpodobné, že voda vstoupí,
než že odejde.

To chci zdůraznit.

Kdyby tu tyto molekuly cukru nebyly,

molekuly vody by měly stejnou šanci
projít oběma směry.

Když tu ale na pravé straně
jsou molekuly cukru,

tak jakoby blokují molekulám vody
přístup k otvoru.

Samy jím nemohou projít
a ani ho nemusí vždy blokovat,

protože se pohybují náhodnými směry.

Ale některým molekulám vody,
které směřují k otvoru,

můžou s určitou pravděpodobností
zabránit dostat se ven,

protože molekul je zde obrovské množství.

Ale molekulám vody na vnější straně
nic nebrání dostat se dovnitř,

takže voda může téci dovnitř.

Takže v tomto případě
s polopropustnou membránou

převažuje vstup vody dovnitř.

To je na tom zajímavé.

Máme rozpouštědlo
proudící z hypotonického prostředí

do hypertonického prostředí.

Ale jedná se o hypotonické prostředí
z pohledu rozpuštěné látky.

A hypertonické prostředí je
také z pohledu rozpuštěné látky.

Kdybychom se na to podívali opačně
a představili si cukr jako rozpouštědlo,

jednalo by se o přechod
z místa s vysokou koncentrací vody

do místa s nižší koncentrací vody.

Nechci vás moc zmást,
tohle se totiž často plete.

Jen si to zkuste představit.

V jakémkoli roztoku je vždy tendence
nějak dosáhnout vyrovnání koncentrací.

Co nejvíce sblížit hodnoty koncentrace
na obou stranách.

A není to nějaké kouzlo
nebo vědomá vůle roztoku.

Záleží jen na pravděpodobnosti
a náhodném pohybu částic.

V této situaci je větší pravděpodobnost,
že voda poteče dovnitř,

takže vlastně z hypotonického prostředí
s nízkou koncentrací rozpuštěné látky

do míst s vysokou koncentrací
rozpuštěné látky, cukru.

A pokud je tato membrána pružná,
poteče dovnitř stále více vody

a membrána se bude roztahovat.

Nebudu to podrobně rozebírat.

Tento jev, kdy voda jako rozpouštědlo
difunduje přes polopropustnou membránu,

se nazývá osmóza.

Osmóza se taky říká způsobu učení,
kdy si položíte knihu na hlavu,

aby vám do ní vědomosti přešly.

Má to fungovat na stejném principu.

Osmóza je to pronikání vody přes membránu
s cílem vyrovnat koncentrace.

Tady máme vysokou koncentraci,
a tady nízkou.

Kdyby tu nebyla žádná membrána,
tyto velké molekuly by se rozestoupily.

ale nemohou, kvůli této
polopropustné membráně.

Vše záleží jen na pravděpodobnosti,
nejsou v tom žádná kouzla.

Dovnitř vstupuje více vody,
dokud se koncentrace nějak nevyrovnají.

Ve vnějším prostředí třeba může být
pár molekul cukru,

v mnohem menší koncentraci.

Kdyby vše proběhlo dokonale,
dostali bychom se do stavu,

kdy vlevo by byla koncentrace
stejná jako vpravo.

Protože pravá strana by se naplnila vodou
a nejspíš by i zvětšila objem.

Potom by molekuly vody měly stejnou
pravděpodobnost přejít vpravo i vlevo

a nastala by určitá rovnováha.

Takže si to shrneme.

Při difuzi dochází k přesunu částic
z míst s vysokou koncentrací,

částice se jakoby se rozestupují
do míst s nižší koncentrací.

Osmóza je difuze vody.

Většinou se jedná o difuzi vody
jako rozpouštědla

a většinou se tak děje
přes polopropustnou membránu,

přes kterou nemůže projít
rozpuštěná látka.

Doufám, že to pro vás bude užitečné
a úplně vás to nezmátlo.