Osmóza

Rozbalit box

Obsah boxu

Osmóza (z řeckého ōsmós - tlak, impuls) je fyzikálně-chemický jev, při kterém dochází k samovolnému, jednosměrnému pohybu molekul rozpouštědla (nejčastěji vody) přes polopropustnou (semipermeabilní) membránu. Tento pohyb směřuje z místa s nižší koncentrací rozpuštěných látek do místa s vyšší koncentrací. Cílem tohoto procesu je vyrovnání koncentrací na obou stranách membrány.

Osmóza je pasivní proces, což znamená, že nevyžaduje dodání vnější energie. Je klíčovým mechanismem pro transport vody v živých organismech, od jednotlivých buněk až po celé rostliny a živočichy. Je podtypem difúze.

🧪 Princip a mechanismus

Základem osmózy je existence polopropustné membrány. Tato membrána je propustná pro molekuly rozpouštědla (např. vody), ale nepropustná (nebo jen velmi omezeně propustná) pro větší molekuly rozpuštěné látky (např. soli, cukry, proteiny).

Představme si systém rozdělený takovou membránou. Na jedné straně je čisté rozpouštědlo (např. destilovaná voda) a na druhé straně roztok (např. slaná voda). Molekuly vody se neustále a chaoticky pohybují na obou stranách a narážejí do membrány. Na straně s čistou vodou je "efektivní koncentrace" vody vyšší. Na straně s roztokem jsou některé molekuly vody "zaneprázdněny" hydratací iontů soli, a proto je jejich efektivní koncentrace (tzv. vodní potenciál) nižší.

Statisticky je tedy pravděpodobnější, že více molekul vody projde membránou ze strany s čistou vodou na stranu s roztokem, než naopak. Tento čistý tok vody způsobuje, že hladina roztoku na straně s vyšší koncentrací stoupá. Tím vzniká hydrostatický tlak, který působí proti dalšímu pronikání vody. Tlak, který je potřeba vyvinout, aby se tento tok vody zastavil, se nazývá osmotický tlak.

🔢 Typy osmotického prostředí

Chování buněk v roztocích závisí na relativní koncentraci rozpuštěných látek uvnitř a vně buňky. Podle toho rozlišujeme tři typy prostředí:

Hypotonické prostředí

Roztok v okolí buňky má nižší koncentraci rozpuštěných látek než cytoplazma buňky. Voda proto proudí ve směru koncentračního spádu, tedy dovnitř buňky.

• Živočišná buňka: Nemá pevnou buněčnou stěnu, proto dochází k jejímu zvětšování a může prasknout. Tento jev se nazývá cytolýza (v případě červených krvinek hemolýza).
• Rostlinná buňka: Je chráněna pevnou buněčnou stěnou z celulózy. Voda proudící dovnitř zvětšuje objem centrální vakuoly, která tlačí na buněčnou stěnu. Vzniká vnitřní přetlak zvaný turgor, který je pro rostliny životně důležitý – zajišťuje jejich pevnost a vzpřímený růst.

Izotonické prostředí

Koncentrace rozpuštěných látek v okolním roztoku je stejná jako uvnitř buňky. Tok vody do buňky a z buňky je v rovnováze. Buňka si udržuje svůj tvar a objem. Příkladem je fyziologický roztok (0,9% roztok NaCl), který je izotonický vůči krevní plazmě.

Hypertonické prostředí

Roztok v okolí buňky má vyšší koncentraci rozpuštěných látek než cytoplazma. Voda proto proudí z buňky ven.

• Živočišná buňka: Ztrácí vodu a smršťuje se. Tento jev se nazývá plazmorhiza.
• Rostlinná buňka: Cytoplazmatická membrána se vlivem úniku vody z vakuoly odtahuje od buněčné stěny. Tento jev se nazývá plazmolýza. Rostlina vadne.

🧬 Biologický význam

Osmóza je pro život naprosto zásadní.

• Příjem vody rostlinami: Kořenové vlásky přijímají vodu z půdy právě na principu osmózy, protože koncentrace látek v jejich buňkách je vyšší než v okolní půdě.
• Transport vody v rostlinách: Osmotické jevy přispívají k transportu vody z kořenů do vyšších částí rostliny.
• Udržování tvaru buněk: Jak bylo zmíněno, turgor v rostlinných buňkách a stabilní objem živočišných buněk jsou udržovány díky osmóze.
• Funkce ledvin: V ledvinách dochází k filtraci krve a zpětnému vstřebávání vody. Tento proces je řízen osmotickými gradienty, které vytvářejí hormony jako antidiuretický hormon.
• Trávení a vstřebávání: Vstřebávání vody a živin ve střevech je rovněž ovlivněno osmózou.

⚙️ Praktické využití a aplikace

Princip osmózy a osmotického tlaku se využívá v mnoha oblastech:

• Reverzní osmóza: Jedná se o proces, kdy je na roztok s vyšší koncentrací aplikován vnější tlak, který je větší než osmotický tlak. Tím se obrátí směr toku rozpouštědla – čistá voda je protlačována přes membránu ven z koncentrovaného roztoku. Tato metoda je klíčová pro:
  • Odsolování mořské vody (desalinace).
  • Výrobu ultračisté vody pro průmysl a laboratoře.
  • Domácí filtry na čištění pitné vody.
• Potravinářství:
  • Konzervace masa nasolením (sůl vytahuje vodu z buněk bakterií a masa, čímž brání jejich množení).
  • Nakládání ovoce do cukru (kandování) nebo zeleniny do slaného nálevu.
• Medicína:
  • nitrožilní infuze musí být izotonické, aby nedošlo k poškození krvinek.
  • Dialýza využívá principů difúze a osmózy k čištění krve pacientů se selháním ledvin.
  • Osmotická diuretika jsou léky, které zvyšují vylučování vody z těla.
• Osmotické elektrárny: Experimentální technologie, která se snaží vyrábět energii z rozdílu osmotického tlaku mezi sladkou a slanou vodou (např. v ústí řek do moře).

🔬 Související jevy

• Difúze: Je obecnější proces, při kterém dochází k samovolnému pohybu částic z místa vyšší koncentrace do místa nižší koncentrace s cílem rovnoměrného rozptýlení v prostoru. Osmóza je speciálním případem difúze, který se týká pohybu rozpouštědla přes polopropustnou membránu. Při difúzi se pohybují rozpuštěné látky, při osmóze rozpouštědlo.
• Osmotický tlak: Jak bylo zmíněno, je to vnější tlak potřebný k zastavení osmózy. Jeho velikost závisí na koncentraci rozpuštěné látky, teplotě a povaze látky. Popisuje ho van 't Hoffův zákon.

🧑‍🏫 Pro laiky: Osmóza jednoduše

Představte si cedník s velmi jemnými dírkami (to je naše polopropustná membrána). Dírky jsou tak malé, že jimi projdou jen molekuly vody, ale neprojdou větší kuličky cukru.

Nyní tento cedník ponoříme do nádoby s vodou tak, aby ji rozdělil na dvě poloviny. Do jedné poloviny nasypeme hodně cukru. Co se stane?

Voda se snaží "naředit" cukr, aby byla koncentrace všude stejná. Protože ale cukr nemůže projít přes cedník do druhé poloviny, musí se pohnout voda. Voda začne proudit přes dírky cedníku do té poloviny, kde je cukr. Hladina na straně s cukrem začne stoupat. Tomuto samovolnému pohybu vody za cukrem říkáme osmóza.

Stejně to funguje v našem těle. Když sníte něco hodně slaného, sůl se dostane do krve. Aby tělo naředilo vysokou koncentraci soli v krvi, "vytáhne" si vodu z buněk. Proto dostanete žízeň – tělo vám říká, že potřebuje doplnit vodu, která se přesunula kvůli osmóze.

Šablona:Aktualizováno