Dyfuzja i osmoza

Dyfuzja i osmoza

W tym filmie chciałabym omówić kilka tematów,

które są za sobą powiązane.

Z jednej strony są naprawdę łatwe, ale z drugiej strony

sprawiają wiele trudności.

Miejmy więc zatem nadzieję, że zrobimy jakiś postęp.

Na dobry początek wyobraźmy sobie,

że mam tutaj pewien rodzaj naczynia.

Powiedzmy, że to jest naczynie, w którym znajdują się

cząsteczki wody.

Cząsteczki te

ocierają się o siebie.

Jest to woda w stanie ciekłym.

Pomiędzy nimi

znajdują się cząsteczki cukru.

Narysuję je kolorem różowym.

Tutaj znajdują się cząsteczki cukru.

Cząsteczek wody jest dużo więcej -

chcę, by było to jasne.

W takiej sytuacji mówimy,

że jest więcej rozpuszczalnika.

W tym przypadku jest więcej cząsteczek wody

i słowo "więcej" może dosłownie oznaczać liczbę cząsteczek.

Nie będę teraz omawiać moli,

ponieważ mogliście jeszcze nie mieć do czynienia z tym tematem,

ale wyobraźcie sobie, że to czego jest więcej

będziemy nazywać rozpuszczalnikiem.

W tym przypadku, rozpuszczalnikiem jest woda.

To, czego jest mniej, w tym przypadku cukru,

nazywamy substancją rozpuszczoną.

To nie musi być cukier.

Mogą to być inne cząsteczki, których jest mniej,

w tym przypadku, w wodzie.

Mówimy, że cukier został rozpuszczony w wodzie.

To wszystko tutaj, to połączenie

cząsteczek wody i cukru,

nazywamy roztworem.

Roztwór składa się z rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej.

Rozpuszczalnikiem jest woda.

To substancja, która rozpuszcza, a substancja

rozpuszczona to cukier.

To jest roztwór.

To wszystko może być dla was powtórką ,

ale robię to celowo - chcę opowiedzieć o

pojęciu dyfuzji.

Pojęcie to jest właściwie całkiem proste.

Powiedzmy, że mam to samo naczynie.

Pozwólcie, że użyję trochę innego naczynia,

by omówić dyfuzje.

Powrócimy to do wody i cukru,

a zwłaszcza do wody.

Powiedzmy, że mamy naczynie w którym znajdują się

cząstki powietrza.

To może być cokolwiek - tlen lub dwutlenek węgla.

Narysuję tu kilka cząstek powietrza.

Powiedzmy, że jest to tlen

w stanie gazowym.

Każda cząstek to O2, prawda?

Powiedzmy, że jest to obecny układ,

że tu jest próżnia i że są tu różne

temperatury.

Te cząsteczki wody mają pewien

rodzaj energii kinetycznej.

Poruszają się w różnych kierunkach.

Moje pytanie brzmi: co się wydarzy

w takim naczyniu?

Te cząsteczki będą się

ze sobą zderzać.

Będą raczej zderzać w kierunku dół-lewo,

niż w kierunku góra-prawo.

Więc jeśli ta cząsteczka przemieściłaby się w kierunku dół-lewo,

to uderzyła by w inną i przemieściłaby się

w kierunku góra-prawo.

Ale przemieszczając się w kierunku góra-prawo

nie ma w co uderzyć.

Ogólnie rzecz biorąc, wszystko porusza się w różnych kierunkach,

ale bardziej prawdopodobne jest poruszanie się

w prawo.

Kiedy cząsteczka porusza się w lewo istnieje większa szansa,

że w coś uderzy.

Chodzi tu o zdrowy rozsądek.

Z czasem, ten system dojdzie to równowagi -

nie będę teraz w chodzić w szczegóły

znaczenia tego.

Jeśli chcielibyście to zobaczyć, możecie obejrzeć

filmy o termodynamice.

W końcu zobaczycie, że naczynie wygląda

w ten sposób.

Nie mogę tego zagwarantować,

Istnieje szansa, że będzie wyglądać tak,

ale jest bardzo prawdopodobne, że te pięć cząstek

się rozprzestrzeni.

To jest dyfuzja i jest to rozprzestrzenianie się

cząstek lub cząsteczek z obszarów wysokiego stężenia

do obszarów niskiego stężenia, zgadza się?

W tym przypadku, cząsteczki rozprzestrzenią się w tym kierunku

z obszaru o wysokim stężeniu do obszaru

o niskim stężeniu.

Co to jest stężenie?

Jest wiele sposobów mierzenia stężenia

i molarności.

Ale chodzi o to ile cząstek

znajduje się w jednostce przestrzeni.

Tutaj mamy wiele cząstek w jednostce przestrzeni,

a tutaj mało.

Więc tutaj mamy wysokie stężenie,

a tutaj niskie.

Moglibyście sobie wyobrazić inne eksperymenty tego rodzaju.

Możecie wyobrazić sobie roztwór -

zróbmy więc coś takiego.

Powiedzmy, że mamy dwa naczynia.

Powróćmy do sytuacji z rozpuszczaniem.

To był gaz, ale zacząłem omawiać ten przykład,

więc zostańmy przy nim.

Powiedzmy, że znajdują się tu drzwi, które się większe

niż cząsteczki wody albo cukru.

Po jednej stronie mam grupę cząsteczek wody.

Mam tutaj cząsteczki wody - wszystkie skaczą

w różnych kierunkach - jedne przemieszczają się w tym kierunku,

inne w tym kierunku,

przy założeniu, że po po obu stronach

jest ten sam poziom molekuł. W przeciwnym razie

ciśnienia będą różne.

Powiedzmy, że tu na górze jest takie samo ciśnienie

jak tu na górze.

Więc nie ma ciśnienia przemieszczającego się

w jednym kierunku lub drugim.

Jeśli z jakiegoś powody, więcej cząsteczek wody

przemieszczałyby się w prawo, to nagle

wypełniłoby się to wodą,ale wiemy

że to się nie wydarzy.

Więc mamy dwa naczynia z wodą.

Dodajmy teraz jakąś substancję.

Rozpuśćmy coś po

lewej stronie.

Dodajemy cząsteczki cukru po lewej stronie.

Są one wystarczająco małe by przejść przez tą rurkę.

Robię jedno założenie.

Co się stanie?

Te wszystkie cząstki mają pewien rodzaj energii kinetycznej

i skaczą dookoła.

Z czasem cząsteczki wody zaczynają się przemieszczać tam i z powrotem.

Ta cząsteczka może przemieścić się w tym kierunku,

a ta w tym, ale potrącają się.

Z czasem jedna z tych dużych cząsteczek cukru

będzie poruszać się we właściwym kierunku - może ta

zamiast poruszać się w tym kierunku.

zacznie poruszać się w tym kierunku.

Przechodzi przez ten tunel łączący dwa

naczynia i trafia tutaj.

Ta cząsteczka będzie ciągle skakać.

Istnieje możliwość, że wróci,

ale jest tu ciągle więcej cząstek cukru niż tam.

Istnieje większe prawdopodobieństwo, że jedna z tych cząstek

przejdzie na tą stronę, niż że jedna z tych cząstek

przejdzie na tą stronę.

Można sobie wyobrazić, że jeśli robimy tak z milionami cząstek -

ja robię to tylko z czterema - to z czasem,

cząsteczki rozprzestrzenią się i ich stężenia

będą mniej więcej takie same.

Więc może tutaj po jakimś czasie będą dwie cząstki.

Ale jeśli mamy do czynienia tylko z trzema, czterema lub pięcioma cząstkami,

istnieje możliwość, że tak się nie stanie.

Jednak jeśli mamy milionami bardzo małych cząstek

prawdopodobieństwo jest bardzo, bardzo duże.

W każdym razie, przemieściliśmy się z pojemnika

o wysokim stężeniu do pojemnika o niskim

stężeniu, a cząstki rozprzestrzeniły się

z pojemnika o niskim stężeniu do pojemnika

o wysokim stężeniu.

Czyli rozproszyły się.

To jest dyfuzja.

Nauczyliśmy się paru słów, których używa się

mówiąc o dyfuzji - kiedy zaczęliśmy

tutaj stężenie było wyższe.

W pojemniku po lewej stronie było wyższe stężenie.

To wszystko jest względne, prawda?

Jest wyższe niż tu.

W tym po prawej stężenie jest niższe.

Tak się to nazywa.

Roztwór o wyższym stężeniu to

roztwór hipertoniczny.

Napiszę to kolorem żółtym.

Hiper oznacza, że czegoś jest dużo,

zbyt wiele.

Ten o niższym stężeniu jest hipotoniczny.

Może kiedyś słyszeliście, jak któryś z waszych krewnych

powiedział, że ma hipoglikemię, bo nie zjadł posiłku.

Oznacza to, że nie jadł i czuje się

słabo.

W jego krwiobiegu jest za mało cukru

i nie chce zemdleć, więc musi coś zjeść.

Jeśli właśnie zjadłeś batonika, być może masz hiperglikemie,

a może w ogóle jesteś "hiper".

Dobrze znać te przedrostki,

ale hipertoniczny oznacza, że jest dużo substancji rozpuszczanej.

Stężenie jest wysokie.

W roztworze hipotonicznym substancji tej nie jest dużo,

więc stężenie jest niskie.

Dobrze jest znać te słowa.

Ogólnie rzecz biorąc, jeśli nic nie stoi na przeszkodzie by doszło do dyfuzji,

substancja rozpuszczana przemieści się

z roztworu o wysokim stężeniu, czyli hipertonicznego

do roztworu hipotonicznego

o niższym stężeniu.

Zróbmy teraz ciekawy eksperyment.

Mówiliśmy o dyfuzji i do tej pory omawialiśmy

dyfuzję substancji rozpuszczanej, prawda?

Ogólnie rzecz biorąc - choć nie zawsze tak jest -

substancji rozpuszczanej jest mniej,

a rozpuszczalnika więcej.

więcej.

Najpowszechniejszym rozpuszczalnikiem jest woda,

ale nie musi to być woda.

Może to być alkohol,

albo rtęć.

Może to być zestaw cząsteczek, ale w większości

układów biologicznych i chemicznych

jest ona typowym rozpuszczalnikiem.

Rozpuszcza się w niej inne substancje.

Ale co się dzieje, jeśli cząsteczki substancji rozpuszczanej są za duże,

a cząsteczki wody za małe by przejść przez tunel.

Przeanalizujmy tą sytuację.

W tym celu zrobię

ciekawą rzecz.

Powiedzmy, że mamy tu naczynie.

Nie będę go rysować.

Powiedzmy, że w środowisku zewnętrznym

znajduje się woda.

To jest środowisko zewnętrzne i mamy

pewnie rodzaj

błony.

Woda może przez nią przenikać,

więc jest półprzepuszczalna.

Przepuszcza wodę, ale nie przepuszcza

substancji rozpuszczanej.

Powiedzmy, że ta substancja to cukier.

Woda znajduje się po obu stronach

błony.

To są małe cząsteczki wody.

To jest błona.

Powiedzmy, że znowu mamy cząsteczki cukru.

Wybrałem cukier,

ale to może być cokolwiek,

Więc tutaj mamy cząsteczki cukru,

które są tylko trochę większe albo mogą być dużo większe.

Właściwie, są one dużo większe niż cząsteczki wody.

Narysuję tylko cztery, ale są ich

miliony, prawda?

Cząsteczek wody jest dużo więcej.

Próbuję pokazać, że cząsteczek wody jest więcej

niż cząsteczek cukru.

Ta błona jest półprzepuszczalna.

Jeśli coś jest przepuszczalne to substancje mogą przez to przenikać.

Jeśli jest półprzepuszczalne to znaczy, że nie jest przepuszczalne całkowicie.

W tej sytuacji woda

może przenikać przez błonę.

Cukier nie może przenikać,

bo jego cząsteczki są za duże.

Gdybyśmy zrobili powiększenie błony,

mogłaby wyglądać tak.

Powiększę ją.

Znajdują się na niej takie małe otwory.

I być może cząsteczki wody są mniej więcej takiego rozmiaru.

Mogą więc przechodzić przez te otwory.

Mogą poruszać się tam i z powrotem przez otwory,

ale cząsteczki cukru mają mniej więcej taką wielkość.

Nie mogą przejść przez ten otwór.

Są zbyt duże by przejść przez ten otwór

tam i z powrotem.

Jak myślicie, co się stanie w tej sytuacji?

Po pierwsze, użyjmy naszej terminologii.

Pamiętajcie, cukier to nasz substancja rozpuszczana.

Woda to nasz rozpuszczalnik.

Półprzepuszczalna błona.

Po której stronie błony znajduje się wyższe stężenie

substancji rozpuszczanej?

Wewnątrz.

Wnętrze jest hipertoniczne.

Na zewnątrz stężenie jest

niższe, czyli roztwór jest hipotoniczny.

Gdyby te otwory były wystarczająco duże, opierając się na tym

o czym właśnie mówiliśmy - te cząsteczki skakałyby dookoła,

woda przemieszczałaby się w jednym kierunku i z takim samym prawdopodobieństwem -

może opowiem o tym

za chwilę.

Gdyby wszystko było otwarte na oścież, prawdopodobieństwo byłoby takie samo,

cząsteczki przeskakiwałyby na tą stronę

i w końcu stężenia byłyby

takie same.

Tradycyjna dyfuzja nastąpiłaby z miejsca,

gdzie jest wysokie stężenie do miejsca, gdzie jest niskie stężenie

substancji rozpuszczanej.

W tym przypadku te cząsteczki

nie mieszczą się w otworze.

Tylko woda może przemieszczać się tam i z powrotem.

Gdyby tych cząsteczek tu nie było, woda miałaby taką samą szansę

przemieszczenia się w tym kierunku, podczas gdy one

przemieszczałyby się w tym kierunku.

Te cząsteczki są po prawej stronie, a właściwie

w tym przypadku, wewnątrz naszej błony.

To jest powiększone wnętrze błony -

jest to mniej prawdopodobne ponieważ te cząsteczki zbliżają

się do otworów - istnieje mniejsze prawdopodobieństwo, że woda

zbliży się do otworów, więc jest bardziej prawdopodobne,

że woda wejdzie do środka, niż że wyjdzie na zewnątrz.

Chcę by było to jasne.

Gdyby cząsteczek cukru tu nie było,

woda mogłaby przemieszczać się w obu kierunkach.

Cząsteczki cukru są tutaj i mogłyby być

po prawej stronie.

Mogą zablokować otwory - myślę, że najlepiej mówić o tym

jako o blokowaniu dostępu do otworu.

Same nigdy nie będą mogły przejść przez otwór

i mogą nawet ich nie blokować, ale

będą poruszać się w różnych kierunkach.

Gdyby cząsteczka wody zbliżała się do otworu - jest to prawdopodobne

i mamy do czynienia z milionami cząsteczek -

jest bardziej prawdopodobne, że go zostanie zablokowana.

na zewnątrz.

Jeśli chodzi o cząsteczki wody z zewnątrz, nic ich nie blokuje,

więc woda może wpłynąć

do środka.

W tej sytuacji, mając półprzepuszczalną błonę,

woda się przez nią przedostanie.

Woda dostanie się do środka.

Jest to interesujące.

Rozpuszczalnik z roztworu hipotonicznego przepływa

do roztworu hipertonicznego.

Jeśli w wodzie rozpuścimy cukier,

to możemy powiedzieć że przechodzimy do wysokiego

do niskiego stężenia wody.

Nie chcę za bardzo tego komplikować.

Często wprawia to ludzi w zakłopotanie,

ale pomyślcie tylko co się dzieje.

Niezależnie od sytuacji, roztwór robi

co może, by wyrównać

stężenie,

aby było one jak najbardziej

zbliżone po oby stronach.

To nie jest magia.

Jest to oparte na prawdopodobieństwie i skaczących dookoła cząsteczkach,

ale w tej sytuacji istnieje większe prawdopodobieństwo,

że woda przepłynie do naczynia.

Płynie ona z roztworu hipertonicznego o niskim stężeniu

do roztworu

o wysokim stężeniu cukru, i jeśli

błona jest rozciągliwa

przepłynie przez nią więcej wody

i wtedy się rozciągnie.

Nie będę się wchodzić teraz w szczegóły, ale ta idea

wody jako rozpuszczalnika,

który przechodzi przez półprzepuszczalną błonę

nazywa się osmozą.

Prawdopodobnie słyszeliście o uczeniu się poprzez osmozę - jeśli położy się książkę

pod głową, widza przesiąknie do mózgu.

Tu chodzi o to samo.

To własnie stąd pochodzi to słowo.

Woda przedostająca się przez błony

w celu wyrównania stężeń.

Powiedzmy, że mam wysokie stężenie tutaj,

a niskie tutaj.

Gdyby nie było to błony, te duże cząsteczki mogłyby się przedostać,

ale ponieważ znajduje się tu półprzepuszczalna błona,

jest to niemożliwe.

Nie ma tu magii - więcej wody przedostanie się

by wyrównać

stężenie.

W końcu, jeśli znajdowałoby się tu kilka cząsteczek,

a stężenie nie byłoby tak wysokie, jeśli wszystko mogłoby się w pełni odbyć,

doszlibyśmy do momentu,

w którym stężenie po tej stronie

byłoby takie jak po prawej stronie,

ponieważ prawa strona wypełni się wodą

i prawdopodobnie zwiększy objętość.

I znowu, prawdopodobieństwo przemieszczenia się cząsteczek wody

na prawo i lewo będzie takie samo

i otrzymamy pewną równowagę.

Chcę by było to jasne - dyfuzja to przechodzenie cząstki

z miejsca o wyższym stężeniu

i rozprzestrzenianiu się w miejscu

o niższym stężeniu.

Osmoza to dyfuzja wody.

Zazwyczaj mówimy o dyfuzji wody jako rozpuszczalniku

i w kontekście półprzepuszczalnej błony,

przez którą substancja rozpuszczana nie może

przejść.

W każdym razie, mam nadzieję, uznaliście ten film za przydatny

i nie całkiem skomplikowany.