Diffusion and Osmosis

Diffusion and Osmosis

În acest video aş dori să acopăr mai multe teme ce sunt toate în legătură unul cu celalalt

şi pentru un nivel sunt foarte simple, dar la alt nivel tind să devină confuze

aşa că sper să putem face progrese împreună.

Un bun loc de a începe este să ne imaginăm că avem un tip de conţinător aici

Să zicem că acesta este conţinătorul meu, şi înăuntru

avem nişte molecule de apă, care se agită între ele

în forma lor lichidă, aceasta este apă lichidă,

iar în interiorul moleculelor de apă avem nişte molecule de zahăr

poate că am să desenez zahărul în culoarea roz.

Deci avem aici un număr de molecule de zahăr,

însă avem mult mai multe molecule de apă, aş vrea să fie asta clar.

Avem mult mai multe molecule de apă în acest conţinător cu care lucrăm,

Acum, în acest tip de situaţie,

"ceea ce se află în cantitate mai mare" vom numi solvent,

în acest caz, avem în cantitate mai mare apa

şi puteţi realmente să priviţi cuvântul 'mult' ca şi numărul de molecule

nu voi intra în discuţia despre moli şi toate cele

pentru că poate n-aţi fost expuşi la acel termen până acum.

Însă imaginaţi-vă doar aşa, că ceea ce este mai mult, vom numi solvent,

aşa că în acest caz, apa este solventul.

Şi orice este în cantitate mai mică, deci mai puţin,

în acest caz "mult" e apa

acela este zahărul, care se va numi solvitul

acesta este solvitul, deci zahărul, care nu e neaparat să fie zahăr

poate fi orice moleculă ce e în cantitate mai puţină decât apa în acest caz

zaharul este solvitul, şi spunem că zaharul a fost dizolvat în apă.

Zahărul a fost dizolvat, dizolvat în apă.

Şi toată această chestie de aici, combinaţia dintre moleculele de zahăr şi apă,

vom numi o soluţie. Vom numi tot acest lucru o soluţie,

iar o soluţie conţine un solvent şi un solvit,

solventul e apa, acel lucru care dizolvă,

iar lucrul ce este dizolvat este zahărul, adică solvitul.

Acum, toate acestea poate le cunoaşteţi sau nu, dar o fac pentru un motiv,

pentru că doresc să vorbesc despre ideea de difuziune.

Difuziune.

Şi ideea e defapt destul de evidentă,

dacă noi avem, să zicem, acelaşi conţinător,

haideţi să fac un conţinător puţin modificat aici doar ca să vorbim de difuziune,

ne vom întoarce la apă şi zahăr, mai ales la apă,

dar să zicem că avem un conţinător aici

şi să zicem că are nişte particule de aer în el,

poate fi orice, oxigen ori dioxid de carbon

deci haideţi doar să desenez nişte molecule de aer aici,

să zicem deci că ăla este, un "oxigen gazos",

deci fiecare din acestea e câte un O2, da?

şi să considerăm că în restul conţinătorului avem vid şi ceva temperatură,

deci aceste molecule de apă, au toate un fel de energie cinetică,

ele se mişcă într-un fel de direcţie haotică acolo,

aşa că întrebarea mea este, ce urmează să se întâmple?

Ce urmează să te întâmple într-un astfel de conţinător?

Ei bine, oricare din aceste molecule se vor lovi întâmplător una de cealaltă,

însă sunt mai predispuse să se lovească între ele în această direcţie stânga-jos

decât în direcţie sus-dreapta, deci dacă această moleculă s-ar duce în această direcţie,

se va lovi de ceva şi apoi va ricoşa în direcţia opusă,

însă în direcţia opusă nu are nimic de care să se lovească,

deci în general totul se mişcă în direcţii haotice, dar e mai probabil să se mişte în dreapta

pentru că dacă merge în stânga e mai probabil să se lovească de ceva,

deci e aproape normal ca dacă laşi o vreme acest sistem să ajungă la o formă de echilibru

şi n-am să intru în detalii apropo de ce înseamnă echilibru,

puteţi viziona videoul despre termodinamică dacă doriţi să ştiţi asta,

veţi vedea la un moment dat conţinătorul arătând cam aşa,

nu o pot garanta, pentru că există ceva posibilitate că ar rămâne aşa,

dar foarte probabil, acele 5 particule vor fi oarecum răspândite.

Asta este difuziunea.

Deci e defapt răspândirea particulelor, sau a moleculelor

de la zone cu concentraţii mari la zone cu concentraţii mici.

În acest caz, moleculele se vor răspândi în acea direcţie, de la o concentraţie mare

la o zonă cu concentraţie mică.

Şi mă întreabă, Sal, ce înseamnă concentraţie?

şi sunt mai multe moduri de a măsura concentraţia,

puteţi intra în molaritate şi molalitate, şi toate acelea,

dar cea mai simplă explicaţie este cât de mult din acea particulă ai, per unitate de bază.

Aici de exemplu ai multe particule per unitate de bază,

şi aici ai foarte puţin din acele particule per unitate de bază,

aşa că aceasta este o zonă de concentraţie mare, şi aia e o zona de concentraţie joasă.

Aşa că vă puteţi imagina alte astfel de experimente,

vă puteţi imagina o soluţie ca de exemplu ceva de acest gen,

să zicem că avem doi conţinători, ne întoarcem la situaţia cu soluţiile,

aici lângă era vorba de gaz, dar am început prima data cu soluţia deci să continuăm,

să zicem că avem o uşă acolo ce e mai mare decât molecula de apă şi decât cea de zahăr,

pe ambele părţi avem câteva molecule de apă,

cam aşa, pe ambele părţi.

Deci avem molecule de apă aici, lovindu-se între ele în direcţii haotice,

aşa că şansele ca moleculele de apă să meargă pe aici

sunt egale cu şansele ca moleculele de apă de aici, să meargă pe acolo,

considerând că ambele părţi au cantităţi egale de molecule de apă, altfel presiunile ar fi diferite,

dar să zicem că vârful de aici e la fel cu vârful de aici,

deci nu există presiune mergând într-o direcţie sau alta,

altfel am avea mai multe molecule mergând spre dreapta, şi aici ar creşte nivelul de apă

însă avem doar două conţinuturi cu apă.

Acum să punem nişte solvit în ele, să dizolvăm nişte solvit,

şi să zicem că face toată dizolvarea în partea din stânga,

vom pune nişte molecule de zahăr pe partea din stânga,

şi acestea sunt suficient de mici ca să încapă prin această deschizătură, aşa vom considera.

Deci ce se va întâmpla, toate acestea au un tip de energie cinetică,

toate se mişcă, toate se lovesc între ele,

ei bine cu timpul, apa se tot duce la dreapta, ba la stânga

şi la un moment dat, la timpul potrivit o moleculă de zahăr va trece prin portiţă

şi va ajunge în conţinătorul din dreapta, deşi există posibilitatea să meargă înapoi,

dar cum în stânga avem mai multe molecule decât în dreapta,

probabilitatea e mai mare ca moleculele din stânga să meargă în dreapta decât invers

deci imaginaţi-vă că faceţi asta cu milioane de particule, cu timpul particulele se vor fi răspândit,

până ce concentraţiile lor sunt aproximativ egale.

Când lucrezi cu 3-4 particole, e probabil că nu se va înâmpla,

dar când lucrezi cu milioane de particule, şi sunt toate foarte mici,

există o foarte foarte mare probabilitate ca asta să se întâmple.

Deci în idee, au plecat dintr-un conţinător cu concentraţie mare, la un conţinător cu concentraţie mică,

şi particulele se vor răspândi până se vor egaliza concentraţiile,

deci au difuzat, aceasta se numeşte difuziune.

Şi doar ca să învăţăm alte cuvinte asociate cu ideea de difuziune,

când am început schiţa, partea stângă avea concentraţie mai mare,

concentraţie mai mare.

Şi cel de-aici avea concentraţie mai mică,

şi există cuvinte pentru aceste lucruri,

această soluţie cu concentraţie mare se numeşte o soluţie hipertonă,

soluţie hipertonă. Hiper deobicei semnifică să ai prea mult din ceva,

iar concentraţia mai mică se numeşte hipotonă.

Soluţie hipotonă.

Poate aţi auzit una din rude zicând odată că n-au mâncat de mult, sunt hipoglicemici,

adică se simt ameţiţi, nu au suficient zahăr în sânge, deci au nevoie de mâncare,

însă poate dacă tocmai ai mâncat o ciocolată, poate că eşti hiperglicemic.

Aceste sunt doar nişte prefixuri bune de ştiut,

deci hipertonic ai mult solvit, deci o concentraţie mare,

iar apoi hipotonic, ai puţin solvit, concentraţie mică.

Deci în general difuziunea, dacă nu există vreo barieră interpusă,

vei vedea solvitul mergând de la o concentraţie mare, sau soluţie hipertonă,

dacă pot circula, la o soluţie hipotonă, adică concentraţie mică.

Acum, să facem un experiment interesant, până acum am discutat despre difuziunea solvitului,

în general, solvitul este cel care e mai puţin, solventul e cel care e mai mult,

şi cel mai comun solvent tinde să fie mereu apa, dar nu e neaparat să fie apa,

poate fi un tip de alcool, poate fi mercur, sau orice altă moleculă,

dar apa deobicei în cam toate sistemele biologice şi chimice tinde să fie solventul tipic.

Dar ce se întâmplă când avem un tunel, şi solvitul e prea mare ca să treacă,

dar apa e suficient de mică să treacă, să ne gândim la situaţia aceasta.

Să zicem că avem un mediu care conţine apă,

şi apoi avem un tip de membrană aici,

apa poate merge înăuntru şi în afara acestei membrane, deci e semipermeabilă,

e permeabilă pentru apă (solvent) dar nu şi pentru solvit (să zicem zahăr).

Deci să zicem că avem apă în afara şi în interiorul membranei,

şi să zicem că avem nişte molecule de zahăr aici, care sunt un pic mai mari, şi pot fi cât de multe,

dar de reţinut că sunt mai multe molecule de apă decât zahăr,

această membrană este semipermeabilă.

Permeabil înseamnă că permite lucrurilor să treacă, semipermeabil semnifică că nu e complet permeabilă.

Deci semipermeabil în acest context spunem că apa poate trece,

dar zaharul nu poate, e prea mare.

Deci dacă ar fi să mărim imaginea membranei, poate că membrana arată aşa,

are nişte mici găuri pe suprafaţa ei,

şi să zicem apa are această dimensiune, deci poate trece prin găuri,

dar moleculele de zahăr sunt cam atât de mari, deci ele nu pot trece.

Acum, ce credeţi că se va întâmpla în această situaţie?

În primul rând să revizuim termenii, zahăr e mai puţin, deci solvit, apa e mai mult, deci solvent,

care parte a membranei are concentraţie mai mare de solvit?

Partea dinăuntru bineînţeles, care este hipertonă.

Porţiunea din afară are concentraţie mai mică de solvit, deci e hipotonă.

Deci, dacă aceste deschizături ar fi suficient de mari, zahărul s-ar tot mişca,

până ar merge în partea opusă ca în final să se egalizeze concentraţia, şi am fi avut difuziunea tradiţională,

unde concentraţie mare de solvit se duce la concentraţie mică de solvit,

dar în acest caz, aceştia nu pot încape prin gaură, doar apa poate circula.

Dacă aceştia nu ar fi aici, apa ar avea o probabilitate egală să se ducă în direcţia asta, decât să se ducă invers,

o probabilitate absolut egală,

dar, pentru că zahărul se află în dreapta (sau în interior),

să zicem că s-ar afla chiar aproape de deschizături,

e mult mai puţin probabil ca apa să se afle şi ea lângă deschizătură ca să iasă,

deci e mult mai probabil ca apa să intre, decât să iasă,

dacă moleculele de zahăr n-ar fi fost acolo, probabilitatea ca apa să intre sau să iasă era egală,

dar fiindcă zahărul există acolo, practic va reduce mult şansele ca apa să treacă, şi vorbim de milioane de particule

dar moleculele de apă de afară nu au nimic care să le blocheze calea,

deci vom avea un flux de apă spre înăuntru,

deci în situaţia unei membrane semipermeabile,

vom avea un flux net de apă spre interior.

E chiar interesant, avem solventul (apa) mergând dintr-o soluţie hipotonă, într-o soluţie hipertonă,

însă e hipotonă doar prin solvit, pentru că dacă ar fi invers,

zahărul să fie solventul şi nu solvitul, am spune că se merge de la o concentraţie mare de apă,

la o concetraţie mică de apă, deobicei se confundă aceste lucruri.

Dar gândiţi-vă aşa, indiferent de situaţie, soluţia va face orice se poate ca să echilibreze concentraţiile,

concentraţiile de ambele părţi ale membranei,

şi nu e ca şi cum e magie, soluţia nu ştie că vrea să facă asta, totul e bazat pe probabilităţi,

dar în această situaţie, e mai probabil ca apa să meargă din porţiunea hipotonă (solvit puţin),

în porţiunea cu concentraţie mare de solvit (zahăr),

iar dacă membrana e şi elastică, mai multă apă va tot intra şi membrana se va întinde.

Dar situaţia asta unde apa ca şi solvent, difuzează printr-o membrană semipermeabilă se numeşte osmoză.

Osmoză

Poate aţi auzit gluma învăţatul prin osmoză, dacă puneţi o carte lângă cap, cunoştinţele vor osmoza în tine,

e aceeaşi idee şi aici, aşa a fost gândit termenul,

ideea cum că apa trece prin membrane ca să facă egalitate în concentraţii.

Deci dacă am zice că ai concentraţie mare aici, concentraţie mică aici, dacă n-ar fi membrană,

aceste molecule mari ar ieşi, dar fiindcă există această membrană semipermeabilă, nu pot,

deci sistemul e bazat pe probabilităţi, mai multă apă va intra, ca să echilibreze concentraţia,

şi în final (să zicem că mai avem o particulă două de zahăr pe aici), vom ajunge la punctul în care

avem la egală concentraţie de apă şi pe partea stângă şi pe partea dreaptă,

şi se va ajunge la un echilibru.

Dar să fiu clar, difuziunea semnifică o particulă care se răspândeşte de la concentraţie mare la concentraţie mică

Osmoza este difuziunea apei (pentru ca ea este cel mai des solvent),

şi deobicei se întâmplă în contextul unei membrane semipermeabile,

unde solvitul nu poate circula prin membrană.

În fine, sper că v-a folosit şi nu v-am ameţit prea tare.