渗透的一些日常实例

引言

您是否曾想过为什么腌菜和果酱或果冻分别含有高浓度的盐和糖？在我们的日常生活中，我们会在大自然和周围环境中看到许多渗透的例子，从植物根部吸收水分，食物保鲜剂，人体细胞的基本代谢活动，在岩石学中的应用，到水生生物中淡水和海水鱼在其各自适宜的盐浓度下通过渗透维持生存。渗透是一种被动过程，溶剂在低溶质浓度溶液和高溶质浓度溶液之间移动，无需消耗能量。这种溶液中的溶质可以是气态或液态。它可以被看作是一种水分子扩散。渗透压是理想溶液的依数性性质之一。

相关定义

1. 渗透：溶剂分子从溶剂自发流向溶液，从而通过半透膜从低浓度溶液流向高浓度溶液的过程称为渗透。

2. 半透膜：在渗透过程中，溶剂分子会通过半透膜流动。半透膜是一种能够允许某些溶质通过但阻止其他溶质通过的屏障。因此，它是一种只允许选择性溶剂分子通过的膜。这些可以是天然存在的，也可以是通过化学加工人造的。羊皮纸、纤维素薄膜以及山羊或猪的膀胱是天然半透膜的良好例子。在许多化学反应中，可以制备半透膜。例如，当硫酸铜和亚铁氰化钾的水溶液在多孔罐中反应时，罐的孔隙会被氰化亚铜的胶状沉淀物填充，充当半透膜或选择性渗透膜。像人类细胞壁这样的活体组织是天然存在的半透膜的最佳例子。

3. 溶剂：溶剂是一种介质（通常是液体），溶质溶解其中形成溶液。

4. 溶质：溶质是溶解在溶剂中形成溶液的物质。与溶剂相比，它通常量较少。

5. 溶液：溶液是由溶质（少量组分）和溶剂（主要组分）均匀混合而形成的液体组合。我们可以根据浓度将溶液分为三类，如下所示：

• 低渗溶液：与其它溶液相比，溶质浓度较低，溶剂浓度较高的溶液称为低渗溶液。在这种情况下，溶剂分子从低渗溶液流向具有较高盐或溶质浓度的其它溶液。
• 等渗溶液：当两种溶液具有完全相同的溶质浓度时，它们被称为彼此等渗。这个术语用来描述两种液体溶液通过半透膜时具有完全相同的渗透压。在等渗溶液中，溶剂没有净流动，因为在这些情况下，半透膜两侧的浓度是相等的。/li>
• 高渗溶液：与其它溶液相比，溶质浓度较高，溶剂浓度较低的溶液称为高渗溶液。在这种情况下，溶剂分子从其它盐或溶质浓度较低的溶液流向高渗溶液。

6. 渗透压：渗透压是指施加到纯溶剂上的压力，以阻止其通过渗透作用流向其它溶液。据观察，当相对浓的溶液允许一定量的溶剂进入时，就会产生压力，最终达到一个阈值，此时溶液不再允许更多的溶剂进入，这个阈值处的压力称为渗透压。

7. 渗透势：渗透势是指水分子通过半透膜从低渗溶液流向高渗溶液的潜力。

渗透的类型

• 内渗透

当周围环境的溶质浓度低于细胞内的溶质浓度时，水会从周围环境进入细胞。因此，内渗透是一种向细胞或容器内部的渗透。在这种情况下，水（或溶剂）总是会进入细胞。这种移动发生是因为周围环境的水势高于细胞质的水势。通常，当细胞置于低渗溶液中时，会发生这种流动。在这种情况下，细胞可能会膨胀。

例如

1. 例如：植物根部从土壤吸收毛细水。
2. 例如：水进入木质部导管。

• 外渗透

当周围环境的溶质浓度高于细胞内的溶质浓度时，水会从细胞流向周围环境。因此，外渗透是一种从细胞或容器内部向周围环境的渗透。在这种情况下，水（或溶剂）总是会流出细胞。这种移动发生是因为周围环境的水势低于细胞质的水势。通常，当细胞置于高渗溶液中时，会发生这种流动。在这种情况下，细胞可能会收缩。

例如

1. 例如：水从根毛细胞移动到根的皮层细胞。

渗透的日常实例

a) 食物保鲜

渗透最明显的例子就是食物保鲜。为了完成这个保鲜过程，像腌菜、果冻或果酱这样的食物分别保存在高盐或高糖溶液的高渗环境中。这种高渗溶液非常适合防止食物中的微生物生长，也能防止潮湿环境条件所带来的任何生长。这是可能的，因为高渗溶液有利于水分子从细胞向外部区域的移动。

b) 水果和肉类保鲜

渗透被非常成功地用作水果和肉类的保鲜方法。然而，水果和肉类的保鲜策略完全不同，但基本过程是相同的。为了保鲜水果，渗透过程用于脱水；而为了保鲜肉类，渗透过程用于将盐分吸入肉中，以防止细菌侵入。有时也使用盐水来防止细菌生长，因为它对细菌有毒，并且对细菌细胞具有高渗性。

目前，水果的渗透脱水方法在世界各地都很流行，但肉类的盐渍法是一种古老的方法，由于冰箱的应用和可用性，已不再常用。

c) 透析

透析是渗透在医学和保健领域的高级应用之一。它用于极度肾衰竭的病例，此时需要外部人工肾脏来为患者身体执行排泄功能。透析是一个与渗透非常相似的过程，在这个过程中，人工肾脏通过模仿渗透原理的人工肾脏机器来执行排泄废物产品的角色，以清除患者体内的废物。在透析过程中，有一个透析膜，它与渗透的半透膜非常相似。这两种膜唯一的区别是，透析膜允许血液中的水和某些不重要的成分（主要是盐和小分子）通过膜的孔隙。这些物质会排出并收集到一个装有蒸馏水的容器中。红血细胞因为太大而无法通过这个透析膜，所以它们可以返回患者体内。

d) 红细胞储存

人体最重要的细胞——红细胞，储存在一种几乎与这些细胞等渗的血浆溶液中。大多数医院通常将红细胞储存在稍微高渗的溶液中，以防止它们吸收水分而破裂。

e) 静脉输液应用

医生使用一种比患者红细胞略高渗的生理盐水溶液，通过静脉向患者注射药物。这是渗透最关键的应用之一，对挽救人类生命至关重要。

f) 反渗透

海水淡化：反渗透常用于海水淡化过程，即有效地将海水转化为饮用水。这可以通过维持与海平面等渗的压力来实现，从而反转渗透，并因此海水中的压力将水分子推入纯水储存器。

家用RO系统：在城市化城市，反渗透常作为RO用于家庭和办公室的水净化。反渗透是一种水净化过程，它利用半透膜从饮用水中去除离子、不需要的分子和较大的颗粒。通过这种方法，溶质被保留在膜的一侧加压，而纯溶剂（纯水）被允许通过到另一侧，可以直接饮用。

g) 水生生物

海水鱼和淡水鱼能够生活在高盐、中盐和低盐条件下，这得益于渗透的应用。例如，作为海水鱼的成员之一的水母，与淡水鱼相比，含有非常高浓度的盐（溶质）。这是因为它们必须与海水的盐度维持等渗环境。

如今，人工水族箱通过在水族箱中维持所需的渗透压，以适应鱼类的有利条件，从而在远离鱼类自然栖息地的情况下维持鱼类的生命。

h) 协助植物吸收水分

植物主要依靠渗透过程将水分从根部转移到植物的其它部分，特别是叶子。植物内部会产生渗透压差，当我们从根部移向叶子时，会观察到这种差值，这是因为与根部相比，植物的边缘和顶部存在更高的溶质浓度。因此，会产生一定的渗透势，足以将水分从根部向上吸入植物系统。

i) 防止叶片失水

渗透对植物生命来说是一种福音，它保护植物的叶片免受因蒸发（也称为蒸腾）而导致的水分流失。在叶子中，有分布在叶子表面的保卫细胞。每对保卫细胞都守卫着气孔（一个孔）的开口，因此控制着气孔的张开和向环境中释放水分的能力。当缺水时，保卫细胞会收到其他细胞的信号，这会导致它们释放出盐分（如钾）。因此，上述事件导致渗透势突然下降，水分从保卫细胞流出，到达周围其他渴水的细胞。此时，保卫细胞收缩并关闭气孔。整个过程从而降低了叶片蒸腾速率，防止植物萎蔫。

j) 促进植物生长

在极端高温和阳光照射下，刺激足以使保卫细胞吸入某些盐类（如钾），从而增加盐浓度，这最终导致渗透势增加。保卫细胞最终通过渗透作用吸收水分。结果，保卫细胞膨胀并打开气孔，增加了气体交换的速率。从而提高了光合作用的速率和植物的有效生长。

结论

渗透是一个非常简单的过程，能够满足所有植物、动物和人类非常复杂的需求，这些需求对于实现它们日常生存的基本需求至关重要。从微小的细胞（如细菌细胞）到最大的生物之一，即鲸鱼（一种海水鱼），几乎所有生物都受到渗透过程的影响。它对水生生物的生存很有用。植物能够通过根部吸收水分，并依靠渗透作用将吸收的水分通过产生渗透势输送到植物的其他部位。食物保鲜和水净化是渗透最大的工业应用之一。在人类健康和医学领域，透析、静脉注射和储存血细胞等方法都基于渗透的基本原理。