التناضح

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 8 صور
الموسوعة الحرة

عملية التناضح فوق غشاء شبه منفذ . تمثل النقاط الزرقاء الجسيمات التي تحرك التدرج التناضحي.

التناضح ( / ɒz ˈmoʊs ɪ s / ، الولايات المتحدة أيضًا / ɒs - / ) [ 1 ] هو الحركة الصافية التلقائية أو انتشار جزيئات المذيب عبر غشاء نفاذ انتقائي من منطقة ذات جهد مائي مرتفع (منطقة ذات تركيز منخفض من المذاب ) إلى منطقة ذات جهد مائي منخفض (منطقة ذات تركيز أعلى من المذاب)، [2] في الاتجاه الذي يميل إلى معادلة تركيزات المذاب على الجانبين. [3] [4] [5] يمكن استخدامه أيضًا لوصف عملية فيزيائية يتحرك فيها أي مذيب عبر غشاء نفاذ انتقائي (نفاذ للمذيب، ولكن ليس المذاب) يفصل بين محلولين بتركيزات مختلفة. [6] [7] يمكن جعل التناضح يقوم بعمل . [8] يُعرَّف الضغط الأسموزي بأنه الضغط الخارجي المطلوب لمنع الحركة الصافية للمذيب عبر الغشاء. الضغط الاسموزي هو خاصية تجميعية ، أي أن الضغط الاسموزي يعتمد على التركيز المولي للمذاب ولكن ليس على هويته.

التناضح هو عملية حيوية في الأنظمة البيولوجية ، حيث أن الأغشية البيولوجية شبه منفذة. بشكل عام، هذه الأغشية غير منفذة للجزيئات الكبيرة والقطبية ، مثل الأيونات والبروتينات والسكريات المتعددة ، بينما تكون منفذة للجزيئات غير القطبية أو الكارهة للماء مثل الدهون وكذلك للجزيئات الصغيرة مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين وأكسيد النيتريك. تعتمد النفاذية على الذوبان أو الشحنة أو الكيمياء، وكذلك حجم المذاب. تنتقل جزيئات الماء عبر الغشاء البلازمي أو غشاء البلاستيدات (الفجوة) أو أغشية العضيات عن طريق الانتشار عبر الطبقة الثنائية من الفسفوليبيد عبر الأكوابورينات ( بروتينات عبر الغشاء صغيرة تشبه تلك المسؤولة عن الانتشار الميسر وقنوات الأيونات). يوفر التناضح الوسيلة الأساسية التي يتم من خلالها نقل الماء إلى داخل الخلايا وخارجها . يتم الحفاظ على ضغط تورجور الخلية إلى حد كبير عن طريق التناضح عبر غشاء الخلية بين داخل الخلية وبيئتها منخفضة التوتر نسبيًا.

تاريخ

" مقياس الضغط الداخلي " الذي اخترعه دوتروشيت

وقد لوحظت بعض أنواع التدفق الأسموزي منذ العصور القديمة، على سبيل المثال، عند بناء الأهرامات المصرية. [9] وثّق جان أنطوان نوليت لأول مرة ملاحظة التناضح في عام 1748. [10] [أ] تنحدر كلمة "التناضح" من الكلمتين "endosmose" و"exosmose"، اللتين صاغهما الطبيب الفرنسي رينيه جواكيم هنري دوتروشيه (1776-1847) من الكلمات اليونانية ἔνδον ( éndon "داخل")، وἔξω ( éxō "خارجي، خارجي")، وὠσμός ( ōsmós "دفع، اندفاع"). [n 1] في عام 1867، اخترع موريتز تراوب أغشية الترسيب الانتقائية للغاية، مما أدى إلى تطوير فن وتقنية قياس التدفق الأسموزي. [9]

وصف

التناضح هو حركة المذيب عبر غشاء شبه منفذ نحو تركيز أعلى من المذاب. في الأنظمة البيولوجية، يكون المذيب عادةً هو الماء، ولكن التناضح يمكن أن يحدث في سوائل أخرى، والسوائل فوق الحرجة، وحتى الغازات. [11] [12]

عندما تُغمر الخلية في الماء ، تنتقل جزيئات الماء عبر غشاء الخلية من منطقة ذات تركيز منخفض من المذاب إلى منطقة ذات تركيز مرتفع من المذاب. على سبيل المثال، إذا غُمر الخلية في الماء المالح، تتحرك جزيئات الماء خارج الخلية. وإذا غُمر الخلية في الماء العذب، تتحرك جزيئات الماء إلى داخل الخلية.

الماء الذي يمر عبر غشاء شبه منفذ

عندما يحتوي الغشاء على حجم من الماء النقي على كلا الجانبين، فإن جزيئات الماء تمر إلى الداخل والخارج في كل اتجاه بنفس المعدل تمامًا. لا يوجد تدفق صافٍ للمياه عبر الغشاء.

يمكن إثبات عملية التناضح عند إضافة شرائح البطاطس إلى محلول مالح عالي الملح. ينتقل الماء من داخل البطاطس إلى المحلول، مما يتسبب في انكماش البطاطس وفقدان "ضغط التورجو". وكلما زاد تركيز المحلول الملحي، زاد فقدان شريحة البطاطس في الحجم والوزن.

تظهر الحدائق الكيميائية تأثير التناضح في الكيمياء غير العضوية.

الآلية

إن الآلية المسؤولة عن دفع عملية التناضح كانت تُمثَّل عادةً في نصوص علم الأحياء والكيمياء إما على هيئة تخفيف الماء بواسطة المذاب (مما يؤدي إلى انخفاض تركيز الماء على جانب تركيز المذاب الأعلى في الغشاء وبالتالي انتشار الماء على طول تدرج التركيز) أو من خلال انجذاب المذاب إلى الماء (مما يؤدي إلى انخفاض كمية الماء الحر على جانب تركيز المذاب الأعلى في الغشاء وبالتالي حركة صافية للماء نحو المذاب). وقد تم دحض كلا المفهومين بشكل قاطع.

يصبح نموذج الانتشار للتناضح غير قابل للدفاع عنه بسبب حقيقة أن التناضح يمكنه دفع الماء عبر الغشاء نحو تركيز أعلى من الماء. [13] يتم دحض نموذج "الماء المرتبط" بحقيقة أن التناضح مستقل عن حجم جزيئات المذاب - خاصية تجميعية [14] - أو مدى محبتها للماء.

من الصعب وصف التناضح دون تفسير ميكانيكي أو ترموديناميكي، ولكن في الأساس هناك تفاعل بين المذاب والماء يعاكس الضغط الذي قد تمارسه جزيئات المذاب الحرة. ومن الحقائق التي يجب الانتباه إليها أن الحرارة من البيئة المحيطة يمكن تحويلها إلى طاقة ميكانيكية (ارتفاع الماء).

تتناول العديد من التفسيرات الديناميكية الحرارية مفهوم الجهد الكيميائي وكيف تختلف وظيفة الماء على جانب المحلول عن وظيفة الماء النقي بسبب الضغط الأعلى ووجود المذاب المضاد بحيث يظل الجهد الكيميائي دون تغيير. توضح نظرية فيريال أن الجذب بين الجزيئات (الماء والمذاب) يقلل من الضغط، وبالتالي فإن الضغط الذي تمارسه جزيئات الماء على بعضها البعض في المحلول أقل من الضغط في الماء النقي، مما يسمح للماء النقي "بإجبار" المحلول حتى يصل الضغط إلى التوازن. [14]

دوره في الكائنات الحية

الضغط الاسموزي هو العامل الرئيسي للدعم في العديد من النباتات. يؤدي دخول الماء الاسموزي إلى رفع ضغط الامتلاء الممارس على جدار الخلية ، حتى يساوي الضغط الاسموزي، مما يخلق حالة مستقرة . [15]

عندما توضع خلية نباتية في محلول مفرط التوتر بالنسبة للسيتوبلازم، يتحرك الماء خارج الخلية وتتقلص الخلية. وبذلك تصبح الخلية مترهلة . وفي الحالات القصوى، تتحلل الخلية بلازميًا - ينفصل غشاء الخلية عن جدار الخلية بسبب نقص ضغط الماء عليه. [16]

عندما توضع خلية نباتية في محلول منخفض التوتر بالنسبة للسيتوبلازم، يتحرك الماء إلى داخل الخلية وتنتفخ الخلية لتصبح منتفخة . [15]

تلعب عملية التناضح أيضًا دورًا حيويًا في الخلايا البشرية من خلال تسهيل حركة الماء عبر أغشية الخلايا. هذه العملية ضرورية للحفاظ على ترطيب الخلايا بشكل صحيح، حيث يمكن أن تكون الخلايا حساسة للجفاف أو الإفراط في الترطيب. في الخلايا البشرية، تعد عملية التناضح ضرورية للحفاظ على توازن الماء والمواد المذابة، مما يضمن الوظيفة الخلوية المثلى. يمكن أن يؤدي اختلال التوازن في الضغط الأسموزي إلى خلل في الخلايا، مما يسلط الضوء على أهمية عملية التناضح في الحفاظ على صحة وسلامة الخلايا البشرية. [ بحاجة لمصدر ]

في بيئات معينة، يمكن أن يكون التناضح ضارًا بالكائنات الحية. على سبيل المثال، تموت أسماك الزينة في المياه العذبة والمالحة بسرعة إذا تم وضعها في مياه ذات ملوحة غير متكيفة. يعد التأثير التناضحي لملح الطعام لقتل العلق والرخويات مثالاً آخر على الطريقة التي يمكن أن يتسبب بها التناضح في إلحاق الضرر بالكائنات الحية. [16]

افترض أن خلية حيوانية أو نباتية وضعت في محلول من السكر أو الملح في الماء.

  • إذا كان الوسط منخفض التوتر بالنسبة لسيتوبلازم الخلية، فإن الخلية ستحصل على الماء من خلال التناضح.
  • إذا كان الوسط متساوي التوتر ، فلن تكون هناك حركة صافية للماء عبر غشاء الخلية.
  • إذا كان الوسط مفرط التوتر بالنسبة لسيتوبلازم الخلية، فإن الخلية ستفقد الماء بالتناضح.

وهذا يعني أنه إذا وضعت خلية في محلول يحتوي على تركيز مذاب أعلى من تركيزها، فإنها سوف تتقلص، وإذا وضعت في محلول يحتوي على تركيز مذاب أقل من تركيزها، فإن الخلية سوف تنتفخ وربما تنفجر. [ بحاجة لمصدر ]

عوامل

الضغط الاسموزي

يمكن مقاومة التناضح عن طريق زيادة الضغط في منطقة التركيز العالي للمذاب بالنسبة إلى الضغط في منطقة التركيز المنخفض للمذاب. القوة لكل وحدة مساحة، أو الضغط، المطلوبة لمنع مرور الماء (أو أي محلول آخر عالي السيولة ) عبر غشاء نفاذ انتقائي وإلى محلول بتركيز أكبر تعادل الضغط الاسموزي للمحلول ، أو التورجو . الضغط الاسموزي هو خاصية تجميعية ، مما يعني أن الخاصية تعتمد على تركيز المذاب، ولكن ليس على محتواه أو هويته الكيميائية.

التدرج الأسموزي

التدرج الأسموزي هو الفرق في التركيز بين محلولين على جانبي الغشاء شبه المنفذ ، ويُستخدم لمعرفة الفرق في النسب المئوية لتركيز جسيم معين مذاب في محلول.

عادةً ما يتم استخدام التدرج الأسموزي عند مقارنة المحاليل التي يوجد بينها غشاء شبه نافذ يسمح للماء بالانتشار بين المحلولين، نحو المحلول شديد التوتر (المحلول ذو التركيز الأعلى). في النهاية، ستعادل قوة عمود الماء على الجانب شديد التوتر من الغشاء شبه المنفذ قوة الانتشار على الجانب منخفض التوتر (الجانب ذو التركيز الأقل)، مما يخلق التوازن. عند الوصول إلى التوازن، يستمر تدفق الماء، لكنه يتدفق في كلا الاتجاهين بكميات متساوية وكذلك القوة، وبالتالي تثبيت المحلول.

تفاوت

التناضح العكسي

التناضح العكسي هو عملية فصل تستخدم الضغط لدفع المذيب عبر غشاء شبه نافذ يحتفظ بالمذاب على جانب واحد ويسمح للمذيب النقي بالمرور إلى الجانب الآخر، مما يجبره من منطقة ذات تركيز عالٍ من المذاب عبر غشاء إلى منطقة ذات تركيز منخفض من المذاب عن طريق تطبيق ضغط يزيد عن الضغط الاسموزي . تُعرف هذه العملية في المقام الأول بدورها في تحويل مياه البحر إلى مياه شرب، عندما يتم التخلص من الملح والمواد غير المرغوب فيها الأخرى من جزيئات الماء. [17]

التناضح الأمامي

يمكن استخدام التناضح بشكل مباشر لتحقيق فصل الماء عن المحلول الذي يحتوي على مواد مذابة غير مرغوب فيها. يتم استخدام محلول "سحب" ذو ضغط اسموزي أعلى من محلول التغذية لتحفيز تدفق صافٍ للمياه عبر غشاء شبه نافذ، بحيث يصبح محلول التغذية مركزًا بينما يصبح محلول السحب مخففًا. يمكن بعد ذلك استخدام محلول السحب المخفف بشكل مباشر (كما هو الحال مع مادة مذابة قابلة للابتلاع مثل الجلوكوز)، أو إرساله إلى عملية فصل ثانوية لإزالة مادة السحب المذابة. يمكن أن يكون هذا الفصل الثانوي أكثر كفاءة من عملية التناضح العكسي وحدها، اعتمادًا على مادة السحب المذابة المستخدمة ومياه التغذية المعالجة. التناضح الأمامي هو مجال بحث مستمر، يركز على التطبيقات في تحلية المياه وتنقية المياه ومعالجة المياه وتجهيز الأغذية ومجالات الدراسة الأخرى.

التطورات المستقبلية في التناضح

إن التطورات المستقبلية في مجال التناضح وأبحاث التناضح تحمل وعدًا لمجموعة من التطبيقات. يستكشف الباحثون مواد متقدمة لعمليات التناضح الأكثر كفاءة، مما يؤدي إلى تحسين تقنيات تحلية المياه وتنقيتها. بالإضافة إلى ذلك، فإن دمج توليد الطاقة التناضحية، حيث يتم تسخير فرق الضغط التناضحي بين المياه المالحة والمياه العذبة للحصول على الطاقة، يقدم مصدرًا مستدامًا ومتجددًا للطاقة مع إمكانات كبيرة. علاوة على ذلك، يبحث مجال البحث الطبي في أنظمة توصيل الأدوية المبتكرة التي تستخدم المبادئ التناضحية، مما يوفر إدارة دقيقة ومنضبطة للأدوية داخل الجسم. مع استمرار تطور التكنولوجيا والفهم في هذا المجال، من المتوقع أن تتوسع تطبيقات التناضح، ومعالجة التحديات العالمية المختلفة في استدامة المياه وتوليد الطاقة والرعاية الصحية. [18]

انظر أيضا

ملحوظات

  1. ^ Histoire de l'Académie Royale des Sciences Année 1748 ، نُشر عام 1752، ويحتوي على نسخة مختصرة من مقالة نوليت في الصفحات 10-19.

    النص الأصلي :
    Avant que de finir ce Mémoire، je crois devoir rendre compte d'un fait que je dois au hasard، & qui me parut d'abord ... singulier ... j'en avois rempli une fiole cylindrique، longue de cinq pouces، & قطعة من القطر أو البيئة؛ & يغطى بغطاء من وعاء مموج ويقطع على عمود الوعاء، وهو يتجنب الغمر في مزهرية كبيرة مليئة بالمياه، حتى لا يكون هناك أي هواء في الروح فين. على بعد خمس أو ست ساعات، ستكون هناك مفاجآت في أن يكون الملف أكثر من مجرد لحظة غمره، حيث يمكن أن تسمح له حوافه بالسماح بذلك؛ The vessie qui lui servoit de bouchon, يجب أن يكون محدبًا & si تميل, عندما يكون الطعم مع إبينجل, أثناء فرز طائرة من المسكرات التي سترتفع إلى أكثر من قدم عالية.

    الترجمة :
    قبل الانتهاء من هذه المذكرات، أعتقد أنه يجب عليّ الإبلاغ عن حدث أدين به للصدفة والذي بدا لي في البداية ... غريبًا ... ملأت [بالكحول] قارورة أسطوانية، طولها خمس بوصات وقطرها حوالي بوصة واحدة؛ و[بعد] تغطيتها بقطعة مثانة رطبة [كانت] مربوطة بعنق القارورة، غمرتها في وعاء كبير ممتلئ بالماء، للتأكد من عدم عودة الهواء إلى الكحول. في نهاية 5 أو 6 ساعات، فوجئت جدًا برؤية أن القارورة كانت أكثر امتلاءً مما كانت عليه لحظة غمرها، على الرغم من أنها [كانت مملوءة] بقدر ما تسمح به جوانبها؛ انتفخت المثانة التي كانت بمثابة غطائها وأصبحت ممتدة لدرجة أنه عند وخزها بإبرة، خرج منها نفث من الكحول ارتفع إلى أكثر من قدم.
  1. ^ أصل كلمة "التناضح" :
    • هنري دوتروشيه، L'Agent Immédiat du Movement Vital Dévoilé dans sa Nature et dans son Mode d'Action chez les Végétaux et chez les Animaux [العامل المباشر للحركة الحية، وطبيعتها وطريقة عملها التي تم الكشف عنها في النباتات والحيوانات] (باريس) ، فرنسا: دنتو، 1826)، ص 115 و 126.
    • الكلمة الوسيطة "osmose" وكلمة "osmotic" صاغها الكيميائي الاسكتلندي توماس جراهام . انظر: توماس جراهام (1854) "VII. The Bakerian Lecture – On Osmotic Force," Philosophical Transactions of the Royal Society (London) , vol. 144, pp. 177–288; انظر بشكل خاص الصفحات 177 و178 و227. انظر أيضًا: توماس جراهام وهنري واتس ، Elements of Chemistry: Including the Applications of the Sciences in the Arts ، الطبعة الثانية (لندن، إنجلترا: هيبوليت بيليير، 1858)، المجلد 2، ص 616.
    • ظهرت كلمة "التناضح" لأول مرة في: جابيز هوج ، المجهر: تاريخه، بنائه، وتطبيقه... ، الطبعة السادسة (لندن، إنجلترا: جورج روتليدج وأولاده، 1867)، ص 226.
    • تمت مناقشة أصل كلمة "التناضح" في: Homer W. Smith (1960). "I. Theory of Solutions: A knowledge of the law of solutions". Circulation . 21 (5): 808–817 (810). doi : 10.1161/01.CIR.21.5.808 . PMID  13831991.

مراجع

  1. ^ جونز، دانييل (2011). روش، بيتر ؛ سيتر، جين ؛ إيسلينج، جون (المحررون). قاموس كامبريدج للنطق الإنجليزي (الطبعة الثامنة عشر). مطبعة جامعة كامبريدج. رقم ISBN 978-0-521-15255-6.
  2. ^ "التناضح | ملاحظات المستوى المتقدم".
  3. ^ "التناضح" . قاموس أكسفورد الإنجليزي (الطبعة الإلكترونية). مطبعة جامعة أكسفورد . (يشترط الاشتراك أو العضوية في المؤسسة المشاركة.)
  4. ^ التناضح، الموسوعة البريطانية على الإنترنت
  5. ^ Haynie, Donald T. (2001). Biological Thermodynamics . Cambridge: Cambridge University Press. ص 130-136. ISBN 978-0-521-79549-4.
  6. ^ واو، أ.؛ جرانت، أ. (2007). علم التشريح وعلم وظائف الأعضاء في الصحة والمرض . إدنبرة: إلسفير. ص 25-26. رقم ISBN 978-0-443-10101-4.
  7. ^ Osmosis Archived 22 فبراير 2008 at the Wayback Machine . جامعة هامبورج. آخر تعديل: 31 يوليو 2003
  8. ^ "ستاتكرافت تبني أول نموذج أولي لمحطة طاقة تناضحية في العالم". ستاتكرافت . 3 أكتوبر 2007. مؤرشف من الأصل في 27 فبراير 2009.
  9. ^ ab Hammel, HT; Scholander, PF (1976). Perspectives on the Mechanism of Osmosis and Imbibition In: Osmosis and tensile solvent . Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York. الرابط.
  10. ^ آبي نوليت (يونيو 1748). "Recherches sur les Causes du bouillnnement des Liquides" [أبحاث في أسباب غليان السوائل]. مذكرات الأكاديمية الملكية للعلوم : 57-104 (انظر ص 101-103) . تم الاسترجاع 13 يوليو 2024 .
  11. ^ كرامر، إيريك؛ ديفيد مايرز (2013). "التناضح لا يحركه تخفيف الماء". الاتجاهات في علم النبات . 18 (4): 195-197. Bibcode :2013TPS....18..195K. doi :10.1016/j.tplants.2012.12.001. PMID  23298880.
  12. ^ كرامر، إيريك؛ ديفيد مايرز (2012). "خمسة مفاهيم خاطئة شائعة عن التناضح". المجلة الأمريكية للفيزياء . 80 (694): 694-699. رمز Bibcode :2012AmJPh..80..694K. doi : 10.1119/1.4722325 .
  13. ^ Kosinski, RJ; CK Morlok (2008). "تحدي المفاهيم الخاطئة حول التناضح". رابطة تعليم مختبرات الأحياء . 30 : 63–87.
  14. ^ ab Borg, Frank (2003). "ما هي التناضح؟ شرح وفهم ظاهرة فيزيائية". arXiv : physics/0305011 .
  15. ^ ab "2.1: Osmosis". Biology LibreTexts . 19 سبتمبر 2016 . تم الاسترجاع في 10 مارس 2024 .
  16. ^ ab Sucher, Nikolaus. 7 التبادل بين الخلايا وبيئتها | دليل المختبر لعلم الأحياء SCI103 I في كلية مجتمع روكسبري.
  17. ^ باناجوبولوس، أرجيريس؛ هارالامبوس، كاثرين-جوان؛ لويزيدو، ماريا (25 نوفمبر 2019). "طرق التخلص من محلول ملحي لتحلية المياه وتقنيات المعالجة - مراجعة". علم البيئة الكلية. 693: 133545. رمز Bibcode:2019ScTEn.693m3545P. doi:10.1016/j.scitotenv.2019.07.351. ISSN 0048-9697. PMID 31374511. S2CID 199387639.
  18. ^ تشين، جيان جون؛ لاي، وينسون تشي لونج؛ كيكري، كيران أرون (فبراير 2012). "التطورات الأخيرة والتحديات المستقبلية للتناضح الأمامي لتحلية المياه: مراجعة". تحلية المياه ومعالجة المياه . 39 (1-3): 123-136. رمز Bibcode : 2012DWatT..39..123Q. doi : 10.1080/19443994.2012.669167. ISSN  1944-3994.
ابحث عن كلمة osmosis في ويكاموس، القاموس الحر.
تحتوي مدرسة ويكيبوك للعلوم على صفحة حول موضوع: عرض التناضح
يوجد في ويكيميديا ​​كومنز وسائط متعلقة بـالتناضح .
  • محاكاة التناضح في جافا
  • محاكاة التناضح العكسي من NetLogo للاستخدام التعليمي
  • تجربة التناضح
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=التناضح&oldid=1234277242"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate