Осмос

Химический потенциал

Растворитель самопроизвольно движется в направлении, уменьшающем соответствующий свободноэнергетический потенциал при ограничениях мембраны.

Непроникающий solute понижает химический потенциал растворителя; разность давления может компенсировать этот эффект.

Осмотическое давление

Для разбавленного идеального раствора π=iMRT. i — фактор ван 'т Гоффа, M — молярность, R — газовая постоянная, T — абсолютная температура.

При высоких концентрациях нужны активности и осмотические коэффициенты.

Селективность мембраны

Осмос зависит от того, какие частицы проходят через мембрану. Если solute проникает свободно, градиент может исчезнуть и простой рисунок с π=iMRT не описывает всю динамику.

В биологии поэтому различают osmolarity и tonicity.

Тоничность

Гипотоническая среда может вызывать вход воды в клетку, гипертоническая — выход, если соответствующие растворённые вещества практически не проходят мембрану.

Тоничность — функциональная характеристика конкретной мембраны и изменения объёма клетки.

Аквапорины

Аквапорины резко повышают водопроницаемость мембраны и могут ускорять установление равновесия.

Они не меняют направление термодинамической движущей силы в равновесии, а главным образом влияют на кинетику.

Обратный осмос

Если на концентрированную сторону приложить давление больше осмотического, направление чистого потока растворителя можно обратить.

Реальные установки опреснения дополнительно сталкиваются с fouling, concentration polarization и энергетическими потерями.

Равновесие остаётся динамическим

При осмотическом равновесии молекулы воды продолжают проходить через мембрану в обе стороны. Нулевым становится суммарный поток, а не микроскопическое движение.

Поэтому одинаковое конечное равновесие может устанавливаться за очень разное время при различной проницаемости мембран.

Разобранный пример