Osmoz (Geçişme) Olayı (Osmose, Osmosis)

'Bilim & Teknoloji' forumunda Dine tarafından 4 Ekim 2009 tarihinde açılan konu

  1. Dine

    Dine Özel Üye

    Sponsorlu Bağlantılar
    Osmoz (Geçişme) Olayı (Osmose, Osmosis) konusu [​IMG] Osmoz (Geçişme) Olayı (Osmose, Osmosis)

    Osmoz (Alm. Osmose, Fr. Osmose, İng. Osmosis, osmose), bir sıvının, yarı geçirgen (semipermeabl) bir zardan geçmesi; [1] yani çözücü maddelerin az yoğun ortamdan çok yoğun ortama, seçici geçirgen bir zardan enerji harcanmadan geçişi [2] olayına verilen addır.
    Yoğunlukları(veya konsantrasyonları) farklı olan iki çözelti, birbirinden yarı geçirgen bir zarla ayrıldıklarında, iki tarafın yoğunluklarını denge hâline getirmek için, zar içinden bâzı iyon veya moleküller, bir taraftan diğer tarafa geçerler. Meselâ, bir kap yarı geçirgen bir zarla iki kısma bölünüp bir tarafa boyalı su, diğer tarafa da şekerli su konsa, biraz sonra renkli suyun zardan geçerek şekerli suya karıştığı görülür. Bu, osmoza bir misâldir. Şeker (sükroz) molekülleri, zardan geçemeyecek kadar büyük oldukları için kendi bölgelerinde kalır. Osmozda esas geçiş, daha seyreltik olan çözeltiden (veya saf çözücüden) daha konsantre olan çözeltiye doğru olur. Osmoz, fiziksel bir olay olup özel bir difüzyon şeklidir. Biyolojide yarı geçirgen bir zardan suyun difüzyonuna “osmoz” denir.[1]
    Canlı sistemlerde çözücü madde su olduğu için, biyoloji biliminde osmoz terimi ile kastedilen, suyun az yoğun ortamdan çok yoğun ortama seçici geçirgen bir zardan enerji harcanmadan geçişidir. Bu tanımda, seçici geçirgen zardan kasıt, çözünenleri geçirmeyen fakat çözücüleri geçiren bir zardır. Süzgeç gibi davranan zar, küçük moleküllerin kolayca geçmelerine olanak verirken büyük moleküllerin geçişini engeller. Yoğunluğu daha az olan taraftaki sıvı moleküllerinin, yoğunluğu yüksek tarafa geçmeleri, zarın iki tarafındaki yoğunlukların dengelenmesine yardımcı olur.
    Canlı bir hücre, konsantrasyonu hücre sitoplazmik konsantrasyonundan daha düşük hipotonik bir ortama konulduğunda, ortamdan hücre içine, hücre zarı vasıtası ile su geçişi, bir başka deyişle osmoz gerçekleşir. Bu geçiş, hücrenin sitoplazmik konsantrasyonu, hipotonik çözeltinin konsantrasyonuna seyrelinceye kadar devam eder. Hipotonik çözeltilerde hayvan hücreleri şişer, bitki hücreleri ve hücre duvarı bulunan diğer hücreler ise şişmez. Eğer, bir hayvan hücresi, hipotonik çözeltinin konsantrasyonunun çok düşük olması sebebiyle çok fazla su alırsa, hücre zarının esnekliği yeterli olmaz ve hücre patlayabilir. Canlı bir hücre, konsantrasyonu hücre sitoplazmik konsantrasyonundan daha yüksek hipertonik bir ortama konulduğunda, hücre içinden ortama, hücre zarı vasıtası ile su geçişi, başka deyişle osmoz gerçekleşir. Bu geçiş, hücrenin sitoplazmik konsantrasyonu, hipotonik çözeltinin konsantrasyonuna yükselinceye kadar devam eder. Bu durumda, su kaybından dolayı hücrelerin hacimleri küçülür ve büzülürler.

    Canlı bir hücre, konsantrasyonu hücre sitoplazmik konsantrasyonu ile aynı olan izotonik bir ortamda iken, hücre içi ile ortam arasında konsantrasyon dengesi sağlanmış demektir. Bu durumda, hücre zarından su geçişi, başka deyişle osmoz gerçekleşmez. Yani hücre içindeki su miktarı aynı kalır. Pasif taşıma sırasında ATP harcanmaz. Canlı ve cansız ortamda gerçekleşebilir. Küçük moleküllerin geçişidir.[2]

    [​IMG]

    Ters Osmoz

    Osmoz süreci, iki farklı sıvı veya iki değişik derişimli sıvı arasına bir membran yerleştirilerek sadece çözgen moleküllerinin geçmesine izin veren bir süreçtir. Membranın her iki tarafında kimyasal potansiyel eşit olduğunda difüzyon durur. Böylece osmoz süreci sona erer. Osmoz sürecinin göstergesi, "osmotik basınç"tır. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, uygulanan basınç ile çözgen geçişi sağlanabilir.

    [​IMG]
    Osmotik basınç, sadece çözeltinin bir özelliğidir. Kullanılan membran yarı geçirgendir. Bu nedenle osmotik basınç, çözelti ve saf çözgenin yapısı arasında gerçek farkın bir ölçüsü olarak dikkate alınmalıdır. Membranın bir kesimindeki çözeltideki osmotik basınç arttırılırsa akış ters çevrilir. O zaman saf çözgen çözelti içine geri dönecektir. Bu olay su ve atıksuyun arıtılmasında "ters osmoz"un temelini oluşturur. Ters osmoz, filtrasyona bir dereceye kadar benzer. Süreç hiperfiltrasyon olarak da adlandırılmıştır. Fakat aralarında bazı önemli farklar vardır;
    1. Adi filtrasyonda çok küçük olan osmotik basınç ters osmozda aşırı derecede önemli rol oynar,
    2. Düşük su içeriğine sahip filtre keki, çözeltinin osmotik basıncı çözgen azalması ile arttığından dolayı ters osmoza uygulanamaz ve
    3. Ayırıcı filtreler öncelikle hacim esası üzerinde çalışır, fakat desalinasyonun yarı geçirgen ters osmoz membranları diğer faktörlere de önemli ölçüde bağlıdır.[3]
    [​IMG] Osmotik Basınç

    Belirli bir yoğunluğu olan her çözeltinin saf suyla ilişkiye girmesi halinde, ilişkiye geçtiği saf suyu emebilmesi için aktif olan bir değeri vardır. Bu değere o çözeltinin "osmotik değeri" denir. Osmoz olayları sırasında bizzat iş gören osmotik değere "osmotik basınç" denir. Osmotik basınç, belirli bir hacim çözücü içinde çözünmüş madde moleküllerinin sayısıyla yani konsantrasyonuyla doğru orantılıdır.[4]
    Su içinde çözünmüş maddelerin hareketi, gaz moleküllerinin hareketi gibidir. İşte bu tâneciklerin çözücü moleküllerinden ayrı olarak bulundukları kaba yaptıkları kısmî baskıya osmotik baskı adı verilir. Bir çözelti yarı geçirgen bir zarla çevrildiğinde, çözücü molekülleri zardan serbestçe geçer, fakat çözünmüş madde molekülleri geçmez ve zara tıpkı gaz molekülleri gibi bir baskı yapar. Eğer yarı geçirgen zar esnek ise çözünmüş madde tanecikleri tıpkı bir gazın balonu şişirmesi gibi zarı şişirir. İşte osmotik basınç adı verilen bu basıncın kantitatif incelenmesi J.H. Vant Hoff tarafından yapılmış ve ideal, yâni seyreltik çözeltilerde gaz kânunlarına uyduğu tespit edilmiştir. V hacim, T mutlak sıcaklık, n mol sayısı ve R gaz sâbiti olmak üzere, osmotik basınç, P;
    P= nRT / V
    denklemiyle bulunur. Çözeltinin, osmotik baskısı ölçülerek molaritesi ve buradan çözünmüş maddenin molekül tartısı tâyin edilebilir (gazlarda olduğu gibi). Nitekim hemoglobinin 68.000 olan molekül tartısı ilk defâ, osmotik basınç ölçülmesiyle tâyin edilmiştir.
    Osmotik basınç, çözücü moleküllerin durumlarını tâkip etmekle de açıklanabilir. Bilindiği gibi su molekülleri de devamlı kinetik hareketler yaparlar ve yarı geçirgen zardan içeri doğru geçerek çözelti içine doğru durmadan geçerler. Saf çözücüde zardan geçerek çözelti içine diffüze olan moleküllerin sayısı, çözeltiden saf çözücüye geçen moleküllerin sayısından daha fazladır. Bir başka ifâdeyle, saf çözücüden zarı geçen su moleküllerinin diffüzyon basıncı, çözeltiden geçen su moleküllerinin diffüzyon basıncından büyüktür. Çünkü çözelti içinde çözücü, çözünen madde ile seyreltilmiş durumdadır. Diffüzyon basıncı farkı (DP), osmotik basınca eşittir.[1]
    Osmotik basınç, konsantrasyon ve mutlak sıcaklık ile orantılıdır.

    P OSMOTIK = ( n / V M ) ( R ) ( T )

    Burada; n: mol sayısı, V M: molar hacim, R: ideal gaz sabiti ve T: mutlak sıcaklık.

    Bu eşitlik sadece seyreltik çözeltiler için geçerlidir. Daha derişik çözeltiler için, yukarıdaki denklem osmotik basınç katsayısı ( KOSMOTİK ) ile düzeltilmelidir.

    P OSMOTIK = ( K OSMOTIK ) ( n / V M ) ( R ) ( T )

    Robinson ve Stokes, pek çok elektrolit için osmotik basınç katsayılarını gösteren bir cetvel düzenlemişlerdir. Pek çok elektrolit için 1'den küçüktür ve genellikle derişim artışı ile azalır. Böylece, seyreltik çözeltiler için bulunan osmotik basınç genellikle gözlenenden daha yüksek basınç değerleri verir. Osmotik basınç doğrudan hesaplanabileceği gibi, donma noktası alçalmasından veya buharlaşma basıncı düşüşünden de hesaplanabilir. Van't Hoff'un "eriyik bombardımanı" teorisi, ideal gaz yasası ve osmotik basınç denklemi arasındaki analog üzerine kurulmuştur. Van't Hoff'un yarı geçirgen membranla eriyik moleküllerinin çarpışmasından oluşan osmotik basıncı dikkate almış ve çözgen moleküllerinin bir etkisi olmadığını kabul etmiştir. Bu modele göre, çözeltinin osmotik basıncı, ideal gaz eğer çözelti ile aynı hacmi kaplıyorsa ideal gazın basıncına eşittir. Buna, çözgen moleküllerinin hiçbir etkisi olmadığına, membran ile sürekli olarak temas halinde olduklarından dolayı itiraz edilebilir. Osmoz olayının değişik bir açıklaması, çözgen moleküllerinin dikkate alınması ile yapılmıştır. Buna göre, osmoz ve osmotik basınç çözgen molekülleri ile yarı geçirgen membranın farklı bombardımanı sonucu oluşur. Eriyik molekülleri, eşit olmayan bombardımana neden olur ve çözgen basıncındaki farklılık eriyik miktarının artması ile artar. Ters osmoz membranı ultrafiltrasyonda olduğu gibi bir elek rolü oynamaktadır. Hassler, temeli, membran karşısına çözgen damıtılmasına dayanarak çalışan bir desalinasyon sistemi geliştirmiştir. Selüloz asetat desalinasyon membranları çözelti difüzyon mekanizması işleyişi ile görev görür. Bu membranlar arasına akan su ve tuz basit bağımsız homojen difüzyon denklemleri ile açıklanır. Günümüzde ters osmoz membranları için kuramsal gelişmeler bu modeller üzerine kurulmuştur.[3]

    [​IMG]

    Turgor Basıncı

    Turgor basıncı ya da turgor, bitki hücrelerinin saf suya konmasıyla içine su alarak, şişmesi ve hücrenin çeperine basınç yapması olayına denir.

    Bir bitki hücresi saf suya konduğu zaman içine bir miktar su alır ve şişer. Hücre özsuyunun yüksek osmotik konsantrasyonundan dolayı dış ortamdaki su, hücre içine doğru hareket eder ve içeri giren su molekülleri hücre zarını dışarı yani hücre çeperine doğru bir basınçla iter. Bu basınca "Turgor basıncı" (T.B) ya da "Hidrosostatik basınç" denir.

    Turgor basıncı, suyun içeri girişine engel olmaya çalışan bir kuvvettir.[5]
    Canlı Hücrelerde Osmoz

    Canlı bir hücrenin kendi içindeki maddelere göre daha yoğun tuz ihtivâ eden bir çözeltiye konduğu düşünülürse, böyle bir durumda hücre içinde birim hacimde bulunan su molekülü sayısı, hücre dışında aynı birim hacimde bulunan su molekülü sayısından daha fazla olduğundan, su, hücrenin içinden hücrenin dışına doğru hareket edecektir. Böyle bir olayda suyun hareketi doğrudan doğruya tespit edilemez. Fakat olay mikroskop altında incelenirse, su kaybı sonucu, hücrenin yavaş yavaş büzülüp küçüldüğü görülür. Bunun aksine olan olayı, bir damla kanı damıtık suya koyarak mikroskop altında incelemekle görmek mümkündür. Normal olarak alyuvarlar az da olsa, bir miktar tuz taşırlar. Damıtık su ise tuzdan arınmıştır. Böyle bir durumda, suyun hareketi zarın dışından zardan içeriye(hücrenin içine) doğru olacaktır. Neticede hücreler şişecek ve iç basınç çok artarsa zar patlayacaktır. Hücreler kendi normal çevreleri içinde bulundukları zaman iç ve dış çevrelerindeki maddelerin konsantrasyonu arasında o kadar büyük bir fark yoktur. Normal şartlar altında hücrelerde osmoz görülür, fakat hücreleri parçalayacak derecede şiddetli bir iç basınç olmaz.
    Bir hücre çok yoğun bir çözelti içerisine bırakılacak olursa, su moleküllerinin hücre içerisinden dışarıya doğru hareketiyle protoplazma çeperden ayrılarak büzülür. Bu olaya plazmoliz denir. Eğer bir hücre uzun müddet plazmoliz hâlinde tutulursa ölür. Henüz ölmeden saf su içine bırakılırsa, bu durumda su hücreye girer ve hücre eski hâline döner. Buna da deplazmoliz denir.
    Osmozun özellikle biyokimyâda önemi çok büyüktür. Kan ve lenfin osmotik baskısı dâimâ sâbittir. Bu değer, %0,9'luk bir NaCl (Sodyum klorür) çözeltisinin osmotik baskısına eşittir ve %0,9'luk NaCl çözeltisine, serum fizyolojik veya isotonik çözelti denir. Kırmızı kan yuvarları saf su ile işleme sokulursa, osmozdan dolayı derhal şişer ve patlar (hemoliz).

    Kaynaklar

    [1] Yeni Rehber Ansiklopedisi, "Osmoz Olayı" maddesi, İstanbul 1994, c.16, s.71-72.
    [2] tr.wikipedia.org/wiki/Osmoz
    [3] Hanife Efeoğlu, "İleri (Üçüncül) Arıtma Yöntemleri-1", web.deu.edu.tr/atiksu/ana58/terti1.html
    [4] tr.wikipedia.org/wiki/Osmotik_basınç
    [5] tr.wikipedia.org/wiki/Turgor
    [6] physioweb.med.uvm.edu/bodyfluids/osmosis.htm
    [7] http://www.vivo.colostate.edu/hbooks...b/osmosis.html
    [8] hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Kinetic/diffus.html
    [9] en.wikipedia.org/wiki/Osmosis
     
  2. Google

    Google Özel Üye

    Eline sağlık paylaşım için teşekkürler
     

Bu Sayfayı Paylaş