Если в условиях, к раствору хлорида натрия приложить давление, осмос воды в этот раствор замедлится, прекратится или пойдет в противоположном направлении. Точную величину давления, необходимого для прекращения осмоса, называют осмотическим давлением раствора хлорида натрия.
Принцип перепада давления, противостоящего осмосу, демонстрируется на рисунке, где показана избирательно проницаемая мембрана, разделяющая два столба жидкости, один из которых содержит чистую воду, а другой — воду и любое растворенное вещество, не проникающее через мембрану.
Осмос воды из отсека Б в отсек А ведет ко все большему перепаду уровней столбов жидкости до тех пор, пока в итоге разность давлений по обе стороны мембраны не станет достаточно большой, чтобы противостоять осмотическому эффекту. Разность давлений через мембрану в этот момент эквивалентна осмотическому давлению раствора, содержащего не проникающее через мембрану вещество.
Значение количества осмотических частиц (молярной концентрации) в определении осмотического давления. Осмотическое давление, создаваемое растворенными частицами, независимо от того, являются ли они молекулами или ионами, определяется количеством частиц на единицу объема жидкости, но не их массой, т.к. каждая частица в растворе, независимо от ее массы, оказывает в среднем одинаковое давление на мембрану.
Демонстрация осмотического давления, возникающего при осмосе через полупроницаемую мембрану.
Так, большие частицы, имеющие большую массу (т), движутся с меньшей скоростью (v), чем малые частицы. Малые частицы движутся с более высокой скоростью, и средняя кинетическая энергия (к), определяемая уравнением: k=mv2/2, одинакова как для каждой малой, так и каждой большой частицы. Следовательно, фактором, определяющим осмотическое давление раствора, является его концентрация, выраженная количеством частиц (что для недиссоциирующих веществ аналогично молярной концентрации), но не показателем массы растворенного вещества.
Осмоляльность. Осмоль. При определении концентрации раствора в показателях количества частиц вместо граммов используют единицу, называемую осмолем.
Один осмоль является 1 грамм-молекулой осмотически активного растворенного вещества. Так, 180 г глюкозы, т.е. 1 грамм-молекула глюкозы, эквивалентны 1 осмолю глюкозы, поскольку глюкоза не диссоциирует на ионы. Если растворенное вещество диссоциирует на 2 иона, 1 грамм-молекула растворенного вещества будет соответствовать 2 осмолям, поскольку число осмотически активных частиц в этом случае вдвое больше, чем для недиссоциирующего вещества.
При полной диссоциации 1 грамм-молекула хлорида натрия, или 58,5 г, эквивалентна 2 осмолям.
Следовательно, о растворе, содержащем 1 осмоль растворенного вещества в каждом килограмме воды, говорят, что его осмоляльность равна 1 осмоль на 1 кг. Раствор, содержащий 1/1000 осмоля растворенного вещества на 1 кг, имеет осмоляльность 1 миллиосмоль (мосм) на 1 кг. Нормальная осмоляльность внеклеточной и внутриклеточной жидкостей равна примерно 300 мосм на 1 кг воды.
Связь осмоляльности с осмотическим давлением. При 37°С, т.е. при температуре, равной нормальной температуре тела, раствор с концентрацией 1 осмоль на 1 л воды создает осмотическое давление, равное 19300 мм. рт. ст. Следовательно, концентрация 1 моем на 1 л эквивалентна 79,3 мм. рт. ст. осмотического давления.
Умножение этой величины на 300 мосм, т.е. на концентрацию частиц в жидкостях организма, дает общее расчетное осмотическое давление, равное 5790 мм рт. ст., однако измеренная реальная величина давления составляет в среднем только 5500 мм рт. ст. Причина такого различия заключается в том, что многие ионы в жидкостях организма, например ионы натрия и хлора, сильно притягиваются друг к другу и, следовательно, не могут двигаться совершенно свободно, реализуя свой полный осмотический потенциал.
В связи с этим истинное осмотическое давление жидкостей организма составляет в среднем около 0,93 (93%) расчетного значения.
Термин «осмолярность». В связи со сложностью измерения воды в растворе в килограммах, что необходимо для определения осмоляльности, вместо этого показателя используют осмолярность, т.е. осмолярную концентрацию, выражаемую числом осмолей на 1 л раствора, а не количеством осмолей на 1 кг воды. Хотя, строго говоря, именно осмоли на 1 кг воды (осмоляльность) определяют осмотическое давление для таких разбавленных растворов, как жидкости организма, количественные различия между осмолярностью и осмоляльностью составляют менее 1%.
Поскольку осмолярность измерять проще, чем осмоляльность, это является обычной практикой почти всех физиологических исследований.
