ما هي الخاصية التجميعية الثالثة؟

ما هو مفهوم التناضح؟

يحدث التناضح عندما يتلامس محلول سائل مع غشاء شبه نافذ – أي جدار رقيق مسامي مساميته بحيث يمكن لبعض، وليس كل، المكونات في خليط السائل أن تمر عبر الجدار، حيث أن الغشاء شبه القابل للنفاذ هو حاجز انتقائي، وتوجد العديد من هذه الحواجز في النباتات والحيوانات.

ساعدت الخاصية التجميعية الثالثة وهي الضغط الأسموزي في تأسيس أساسيات الكيمياء الفيزيائية الحديثة ولعبت دورًا مهمًا بشكل خاص في الأيام الأولى لنظرية الحل، ويعتبر التناضح مهمًا بشكل خاص في الطب وعلم الأحياء، ولكن في السنوات الأخيرة تم تطبيقه أيضًا صناعيًا على مشاكل مثل تركيز عصائر الفاكهة وتحلية مياه البحر وتنقية مياه الصرف الصحي البلدية.

مبدأ الضغط الأسموزي:

يؤدي التناضح إلى ظهور ما يعرف بالضغط الاسموزي، بافتراض وجود حاوية عند درجة حرارة موحدة مقسمة إلى جزأين بواسطة غشاء شبه نافذ يسمح فقط لجزيئات المكون A بالمرور من اليسار إلى الجانب الأيمن؛ ولا يسمح الغشاء الانتقائي لجزيئات المكون B بالمرور، قد تكون مركبات المثال لـ A و B عبارة عن ماء وكلوريد الصوديوم (ملح الطعام)على التوالي، جزيئات المكون A حرة في المرور ذهابًا وإيابًا عبر الغشاء، ولكن عند التوازن، عندما يكون الانفلات (ميل الهروب) في الجانب الأيمن هو نفسه الموجود في الجانب الأيسر، فلا يوجد التحويل الصافي لـ A من جانب إلى آخر.

على الجانب الأيسر، يقلل وجود جزيئات B من هروب A، وبالتالي لتحقيق شقوق متساوية لـ A على كلا الجانبين، هناك حاجة إلى بعض التأثير التعويضي على الجانب الأيسر، وهذا التأثير التعويضي هو ضغط معزز، يُشار إليه بـ π ويسمى الضغط الاسموزي، وعند التوازن يكون الضغط في الجانب الأيسر للحاوية أكبر من الضغط في الجانب الأيمن؛ الفرق في الضغط π.

في أبسط الحالات، عندما يكون تركيز B صغيرًا (أي أن A زائد)، يكون الضغط الأسموزي ناتجًا عن ثابت الغاز (R)، ودرجة الحرارة المطلقة (T)، وتركيز B (cB) في المحلول المعبر عنه في مولات B لكل وحدة حجم: π = RTcB، ونظرًا لأن الضغط الاسموزي لمحلول مخفف يتناسب مع عدد الجزيئات الذائبة، فهو خاصية تجميعية، ونتيجة لذلك، غالبًا ما تُستخدم قياسات الضغط الأسموزي لتحديد الأوزان الجزيئية، خاصة للجزيئات الكبيرة مثل البوليمرات، وعندما يضاف وزن جرام من المذاب B إلى كمية كبيرة من المذيب A عند درجة حرارة T، و V هو حجم المذيب السائل A في الجانب الأيسر من الحاوية، فإن الوزن الجزيئي لـ B ، M_B يعطى كما يلي:

M_B=W_BRT/πV .

بالنسبة لكلوريد الصوديوم في الماء، cB هو تركيز الأيونات، وهو ضعف تركيز الملح بسبب تفكك الملح (NaCl) إلى أيونات الصوديوم (Na +) وأيونات الكلوريد (Cl-)، وبالتالي بالنسبة لمحلول كلوريد الصوديوم بنسبة 3.5 بالمائة عند 25 درجة مئوية، فإن π هو 29 ضغط جوي، وهو الحد الأدنى من الضغط الذي يمكن أن تعمل فيه عملية التناضح العكسي لتحلية المياه.

خصائص الضغط على المحلول:

يرتبط الضغط الأسموزي ارتباطًا وثيقًا ببعض الخصائص الأخرى للمحلول والخصائص التجميعية، ويتضمن ذلك انخفاض نقطة التجمد وارتفاع نقطة الغليان وانخفاض ضغط البخار، وكل ذلك ناتج عن إذابة المواد المذابة في محلول، وغالبًا ما يتم تحديد الأسمولية من انخفاض ضغط البخار أو انخفاض نقطة التجمد، بدلاً من قياسات الضغط الأسموزي المباشر،والأسمولية هي التركيز الضروري لمراقبة هذه الظاهرة.

لمعرفة العلاقة بين الضغط الأسموزي وانخفاض ضغط البخار ناخذ في الاعتبار، حيث إن المحلول الذي يوضع في وعاء مغلق مع مصدر ماء نقي سيكتسب الماء لأن ضغط بخاره أقل من ضغط الماء، وهذا الوضع يعادل رسميًا التناضح، حيث يكون الغشاء شبه القابل للنفاذ هو الهواء المتداخل بين السطحين، وبالتالي فإن الضغط الاسموزي والاكتئاب في ضغط البخار هما منبئات مثالية لبعضهما البعض لأنهما في الأساس هما نفس الظاهرة.

إذا تم فصل المحلول عن المذيب النقي بغشاء منفذ للمذيب ولكن ليس المذاب، فإن المحلول يميل إلى أن يصبح أكثر تمييعًا عن طريق امتصاص المذيب من خلال الغشاء، ويمكن إيقاف هذه العملية عن طريق زيادة الضغط على المحلول بكمية محددة تسمى الضغط الاسموزي، كما أظهر الكيميائي الهولندي المولد Jacobus Henricus van ‘t Hoff في عام 1886 أنه إذا كان المذاب مخففًا لدرجة أن ضغط البخار الجزئي فوق المحلول يتوافق مع قانون هنري (أي يتناسب مع تركيزه في المحلول)، فإن الضغط الاسموزي يختلف مع التركيز ودرجة الحرارة تقريبًا كما لو كان المذاب غازًا يشغل نفس الحجم، وأدت هذه العلاقة إلى معادلات لتحديد الأوزان الجزيئية للمذابات في المحاليل المخففة من خلال التأثيرات على نقطة التجمد أو نقطة الغليان أو ضغط بخار المذيب.

أما عن كامل رينيه يواكيم هنري دوتروشيه فهو عالم فيزيولوجي فرنسي اكتشف وأطلق على ظاهرة التناضح (مرور المذيب من خلال غشاء شبه نافذ) وكان أول من أدرك أهمية الصبغة الخضراء في استخدام ثاني أكسيد الكربون بواسطة الخلايا النباتية.

عندما لاحظ Dutrochet تشابه العمليات الفيزيائية والكيميائية في النباتات والحيوانات، وجه دراساته نحو فسيولوجيا النبات والحيوان، كان أول من قام بفحص دقيق لآليات التنفس وحساسية الضوء والتوجه الجغرافي (التوجه استجابة للجاذبية) في النباتات؛ وتضمنت تجاربه الكلاسيكية على التناضح التعرف على دوره في النقل الداخلي للنبات وانتشاره من خلال أغشية شبه منفذة، حيث قام ببناء مقياس التناضح (جهاز لقياس الضغط الأسموزي) وطور تقنية الكشف عن إنتاج الحرارة في الأنسجة العضلية وفي النباتات الفردية، وأظهر أن الفطر هو الأجسام التناسلية للميسيليوم (كتلة من الخيوط الفطرية)، وكان أحد أول من أدرك أهمية الخلايا الفردية في عمل الكائن الحي.

ما هو الضغط الغرواني؟

ينتج COP، الذي يشار إليه أيضًا باسم ضغط الأورام، عن القوة التناضحية التي تولدها الجزيئات الكبيرة داخل الحيز داخل الأوعية الدموية وهو ضروري للاحتفاظ بحجم مناسب داخل الأوعية، البروتينات والجزيئات الغروانية كبيرة بما فيه الكفاية في الكتلة للحد من النفاذية عبر البطانة الوعائية والاحتفاظ بالمياه داخل الأوعية الدموية بفضل السحب التناضحي، وبالإضافة إلى ذلك، فإن تأثير Gibbs-Donnan، الذي تنجذب فيه كاتيونات الصوديوم إلى المخلفات السلبية على البروتين (الألبومين)، يضيف المزيد إلى السحب التناضحي داخل الأوعية.

على الرغم من أن تركيزات البروتين والألبومين الكلية توفر معلومات غير مباشرة حول COP، وهي ضرورية في مراقبة ديناميات الألبومين، إلا أنها لا ترتبط بشكل جيد بضغط الأورام في الحيوان المصاب بأمراض خطيرة مقارنة بالخيول السليمة، وفي المرضى يعد القياس المباشر لـ COP باستخدام مقياس التناضح الغرواني (Wescor 4420 مقياس التناضح الغروانيWescor ،Logan ، UT ، الولايات المتحدة الأمريكية) أمرًا مهمًا.
بالإضافة إلى ذلك لا تقيس تركيزات البروتين الكلية مساهمة الأورام للغرويات الاصطناعية مثل النشا الحبيبي أو هيكستند، ويعتبر القياس المباشر لـ COP في الخيول التي تتلقى الغرويات الاصطناعية هو الوسيلة الوحيدة لمراقبة التأثيرات الورمية لهذه المنتجات، ويبلغ ضغط الأورام الطبيعي في الخيول البالغة 20-30 مم زئبق، وفي المهر حديثي الولادة هو 15-23 مم زئبق.