تعريف الخاص ية الأسموزية

ما هي الخاص ية الأسموزية؟

الخاص ية الأسموزية (Osmotic property)، والتي يطلق عليها أيضًا التناضح وهو من الأسماء الشهيرة لها وتسمى أيضًا بالانتشار الغشائي أو التنافذ الغشائي، الأرموزية أو الأسموزية (Osmosis)، تعتبر الخاص ية الأسموزية من الخواص الكيميائية للمادة والتي يمكن تعريفها على أنها عملية انتقال المذيب في محلول ما عبر غشاء شبه منفذ من المنطقة الأقل تركيزًا إلى المنطقة الأعلى تركيزًا، ومن أشهر المذيبات التي تتبادر إلى الذهن مباشرة الماء؛ إذ ينتقل الماء من الوسط ذي التركيز المنخفض إلى الوسط الأعلى تركيزًا، وعند إطلاق لفظ أقل تركيز فهذا يعني أن تركيز المذاب فيه قليل والمذيب أعلى والعكس صحيح. [١]

ولكن ما هو الغشاء شبه المنفذ الذي تمّ ذكره منذ قليل؟ يطلق اسم غشاء شبه منفذ على الأغشية التي تتكون من مادة تسمح بانتقال الجزيئات ذات النوع الواحد فقط أو تسمح بانتقال أنواع مختلفة لكن بنسب متفاوتة،[٢] ولا بد من الإشارة هنا إلى أن الضغط الأسموزي هو أقل مقدار من الضغط اللازم لمنع انتقال المذيب النقي عبر الغشاء شبه المنفذ فكلما زادت حركة المذيب تكون قيمة الضغط الأسموزي أعلى. [٣]

الخاص ية الأسموزية هي عملية انتقال المذيب في محلول ما عبر غشاء شبه منفذ من المنطقة الأقل تركيزًا إلى المنطقة الأعلى تركيزًا، أما الضغط الأسموزي فهو أقل مقدار من الضغط اللازم لمنع انتقال المذيب النقي عبر الغشاء شبه المنفذ.

أمثلة على الخاص ية الأسموزية

للخاص ية الأسموزية تطبيقات عديدة في مختلف المجالات منها النبات، وجسم الإنسان، والطب وتحلية مياه البحر، وفيما يلي تفسير أهمية الخاص ية الأسموزية في كل مجال:[٤]

الخاص ية الأسموزية في النبات

الماء أساس الحياة لكل الكائنات، وللنبات اعتماد كبير على الخاص ية الأسموزية لحصوله على ما يحتاج من ماء لضمان بقائه، تحدث العملية بداية في التربة، فتسمح الخاص ية الأسموزية للماء بالانتقال من التربة كوسط قليل التركيز (كمية الماء فيها عالية) إلى الجذر عالي التركيز عبر الخلايا الشعرية في الجذور، ومن هنا تبدأ رحلة الماء داخل النبتة، من الجذر إلى الساق فالأفرع والأوراق. [٥]

الخاص ية الأسموزية في جسم الإنسان

تلعب الخاص ية الأسموزية دورًا هامًا أيضًا في جسم الإنسان وخلاياه المكوّنة له، إذ تمنع الخاص ية الأسموزية انفجار أو انكماش الخلايا وتبقيها بالشكل الذي يمكّنها من القيام بمهامها، فعند القيام بدراسة الخاص ية الأسموزية في خلايا الدم الحمراء مثلًا نجد أنّ هذه الخلايا مستقرة، وأنه لو تم استبدال الوسط (سوائل الدم حول الخلايا) الذي هي فيه بوسط أقل ملوحة أو بوسط أكثر ملوحة فإننا سنعمل على إلحاق الضرر بها وبشكل مباشر، فلو كان الوسط ماء شديد العذوبة لأصبح من البديهي دخول الماء إلى هذه الخلايا ثم انفجارها، ولو كان الوسط مالحًا لحدث انكماش بفعل خروج الماء من الخلية باتجاه الوسط. [٦]

الخاص ية الأسموزية في الطب

من أهم التطبيقات التي تعتمد على الخاص ية الأسموزية في الدم هي عملية غسيل الكلى، حيث يسمح الغشاء شبه المنفذ الرقيق في آلة غسيل الكلى، بمرور الماء والأملاح والنفايات الأخرى الذائبة في الدم، كما تكون خلايا الدم الحمراء أكبر من أن تمر عبر الغشاء، لذلك تعود إلى جسم المريض، وبهذه العملية يتم إخراج الفضلات من الجسم والإبقاء على خلايا الدم الحمراء في جسم المريض. [٧]

الخاص ية الأسموزية في تحلية مياه البحر

لا تكفي مصادر المياه العذبة على كوكبنا لسد حاجات الإنسان المتنوعة في مجالات حياته المختلفة، فكان لا بد من البحث عن مصدر آخر للماء، ومن هنا فقد تم اللجوء إلى الماء المالح والشروع بتحليته، كمياه البحار التي صارت مصدرًا هامًّا من مصادر المياه المستخدمة في الصناعة والري، ومن طرق تحلية المياه الخاص ية الأسموزية العكسية، والتي تقوم على استخلاص الماء العذب من الماء المراد تحليته مخلّفة الشوائب خلف الغشاء شبه المنفذ بتطبيق ضغط خارجي، حيث تحتاج العملية مضخات كهربائية وبالتالي كلفة عالية. [٨]

تجارب علمية على الخاص ية الأسموزية

أجريت العديد من التجارب لدراسة الخاص ية الأسموزية، وتثبت هذه التجارب أهمية الخاص ية الأسموزية واستخدامها بشكل واسع في مختلف المجالات، كما تساعد هذه التجارب في التوصل إلى أن الخاص ية الأسموزية هي من العمليات التي تحدث تلقائيًا وفي نسق محدد بين الأوساط مختلفة التراكيز، منها:

• تجربة الجزر
• تجربة البطاطا
• تجربة أنبوب U

تجربة الخاص ية الأسموزية (الجزر)

في هذه التجربة ستتم دراسة كيفية تأثّر الجزر بالخاص ية الأسموزية: [٩]

الأدوات

يتم تجهيز الأدوات الآتية لإتمام تجربة الخاص ية الأسموزية باستخدام الجزر:

• جزرة.
• ماء شديد الملوحة في وعاء.

الخطوات

لتطبيق تجربة الخاص ية الأسموزية باستخدام الجزر، يتم اتباع الخطوات الآتية:

• وضع الجزرة في الماء المالح.
• ترك الجزرة مغمورة في الماء المالح وقتًا كافيًا.
• ملاحظة شكل الجزرة وتذوّق طعمها.

النتيجة

ستلاحظ في هذه التجربة أن الجزرة ذبلت وأصبح لها نكهة واضحة أكثر، فما هو السر؟ يكمن السر في استجابة الجزرة للخاص ية الأسموزية وانتقال الماء منها كوسط قليل التركيز مقارنة بالوسط الخارجي (الماء المالح) ويظهر ذلك على شكلها الذابل، أما النكهة فهي نتيجة لخروج الماء وبقاء الجزيئات الأخرى المسؤولة عن إعطاء الجزر طعمه الغني الذي أصبح يظهر بشكل أوضح. [٩]

تجربة الخاص ية الأسموزية (البطاطس)

في هذه التجربة ستتم دراسة كيفية تأثّر البطاطا أو البطاطس بالخاص ية الأسموزية: [١٠]

الأدوات

يتم تجهيز الأدوات الآتية لإتمام تجربة الخاص ية الأسموزية باستخدام البطاطس:

• حبة بطاطا.
• سكّين.
• ماء شديد الملوحة في وعاء شفاف.
• ماء من الصنبور في وعاء شفاف.

الخطوات

لتطبيق تجربة الخاص ية الأسموزية باستخدام البطاطس، يتم اتباع الخطوات الآتية:

• تقطيع حبة البطاطس إلى نصفين.
• غمر أحد النصفين بالماء المالح.
• غمر النصف الآخر بماء الصنبور.
• ترك الأنصاف لمدة نصف ساعة ثم ملاحظة أنصاف حبة البطاطس بعد مرور الوقت.

النتيجة

ستلاحظ بعد إجراء التجربة بتقلص حجم المحلول الموجود في الوعاء الذي يحتوي على المحلول الملحي، مما يشير إلى انتقال الماء من الوسط الأقل تركيز إلى الوسط الأعلى تركيز، وعلى النقيض من ذلك، سوف يزداد المحلول الموجود في الوعاء الذي يحتوي على ماء الصنبور قليلاً، أي أن الماء في الحالتين انتقل من المنطقة منخفضة الأقل تركيزًا إلى المنطقة الأعلى تركيزًا.[١٠]

تجرب الخاص ية الأسموزية الأنبوب U

تعتبر هذه التجربة من التجارب الشهيرة الهامة التي يتم التقديم لها بشكل دائم في بداية الحديث عن الخاص ية الأسموزية: [١١]

الأدوات

يتم تجهيز الأدوات الآتية لإتمام تجربة الخاص ية الأسموزية (الأنبوب U):

• أنبوب على شكل U.
• محلول جلوكوز مخفف.
• ماء نقي.
• غشاء شبه منفذ.

الخطوات

لتطبيق تجربة الخاص ية الأسموزية (الأنبوب U)، يتم اتباع الخطوات الآتية:

• تثبيت الغشاء شبه المنفذ بين ذراعي الأنبوب.
• وضع الجلوكوز المخفف في الجهة اليمنى من الأنبوب.
• وضع ماء نقي في الجهة الأخرى مع الحرص على أن يكون الارتفاع في الجهتين نفسه.
• ملاحظة ارتفاع السائل في الجهتين.
• تطبيق ضغط خارجي على الذراع الأيمن الذي يحتوي على المحلول المخفف من الجلوكوز.
• ملاحظة ارتفاع السائل في الذراعين.

النتيجة

تقسم هذه التجربة إلى مراحل، في البداية سيتم ملاحظة أن الماء النقي وهو المذيب في هذه التجربة سينتقل من الذراع الأيسر إلى الذراع الأيمن عبر الغشاء وذلك لأن الذراع الأيمن تركيزه أعلى، فينتقل الماء من الوسط الأقل تركيز إلى الوسط الأعلى تركيز، وسيمنع الغشاء انتقال الجزيئات بين الوسطين، مما يؤدي بعد وقت إلى وصول المحلول حالة اتزان في التراكيز، ونتيجة لحالة الاتزان سيتم ملاحظة فرق الارتفاع بين الذراعين فيظهر السائل مرتفعًا في الجهة اليمنى.[١١]

بعد القيام بتطبيق ضغط خارجي على الذراع الأيمن سترجع الارتفاعات متساوية، إذ ساوى الضغط الخارجي في المقدار الضغط الأسموزي بين السائلين فعاد السائل في الذراعين إلى الارتفاع الذي كان عليه أول الأمر.[١١]

يوجد العديد من التجارب السهلة التي يمكن تطبيقها في المختبر لدراسة الخاص ية الأسموزية، أشهرها: تجربة الجزر، تجربة البطاطا وتجربة الأنبوب U.

ما الفرق بين الخاص ية الأسموزية والضغط الأسموزي؟

تمت الإشارة سابقًا إلى معنى الخاص ية الأسموزية، وتم تعريفها على أنها خاص ية تؤدي إلى انتقال الماء أو المذيب من الوسط قليل التركيز باتجاه الوسط عالي التركيز عبر غشاء شبه منفذ، وهذا ما تميل إليه المحاليل بصورة طبيعية وبدون أي تدخل خارجي وكلما كانت هذه المحاليل تحوي مذاب بتركيز أعلى فإنها هذه الخاص ية ستكون أسرع وأكثر فعالية، أما الضغط الأسموزي فهو ضغط ناتج عن حركة الماء عبر الغشاء وتكون قيمته أعلى كلما زاد تدفق الماء عبر الغشاء [١٢]، ويُعرّف أيضًا بأنه أقل مقدار من الضغط اللازم لمنع انتقال المذيب النقي عبر الغشاء شبه المنفذ، [٣] ومن العوامل التي تؤثر عليه تركيز المحلول ودرجة الحرارة بشكل طردي.[١٢]

ما الفرق بين الخاص ية الأسموزية والانتشار؟

تُعرّف خاص ية الانتشار على أنها عملية تنتقل فيها جزيئات المادة من الحيّز ذو التركيز المرتفع إلى الحيز الأقل تركيزًا داخل المحاليل دون الحاجة إلى غشاء أو ما شابه، أما الخاص ية الأسموزية فهي انتقال للمذيب أو للماء بين الأوساط المختلفة التراكيز وشرط ذلك وجود غشاء شبه منفذ يسمح بانتقال جزيئات نوع واحد من المادة كما تمت الإشارة إليها سابقًا، وتعد كلًا منهما عمليات لا تتطلب وجود الطاقة بل تحدث بصورة طبيعية بشكل تام. [١٣]

من جهة أخرى فقد تحدث عملية الانتشار في أوساط مختلفة؛ سواء كان الوسط سائلًا أو صلبًا أو غازيًا، أما الخاص ية الأسموزية فتحدث فقط في وسط سائل، [١٣] كما تتأثر سرعة عملية الانتشار بعوامل عدة منها؛ حجم الجزيئات وشحنة الجزيئات،[١٤] أما الخاص ية الأسموزية فلا تعتمد على نوع الجزيء إنما تركيزه فقط.[١٤]

المراجع[+]

1. ↑ “osmosis”, encyclopedia. Edited.
2. ↑ “Solution Chemistry”, encyclopedia. Edited.
3. ^ أ ب “osmotic pressure”, encyclopedia. Edited.
4. ↑ “Osmosis, from molecular insights to large-scale applications.”, semanticscholar. Edited.
5. ↑ “How Water Moves Through Plants”, sciencing. Edited.
6. ↑ “Osmosis & Cell Structure”, sciencing. Edited.
7. ↑ “osmosis”, encyclopedia. Edited.
8. ↑ “Water filters”, explainthatstuff. Edited.
9. ^ أ ب “What Happens After You Put a Carrot in Saltwater?”, sciencing. Edited.
10. ^ أ ب “Science Experiments on the Osmosis of a Potato”, sciencing. Edited.
11. ^ أ ب ت “Colligative Properties – Osmotic Pressure”, chem.libretexts. Edited.
12. ^ أ ب “Osmotic Pressure: Definition & Formula”, study. Edited.
13. ^ أ ب “Differences Between Osmosis and Diffusion”, thoughtco. Edited.
14. ^ أ ب “Similarities & Differences Between Osmosis & Diffusion”, sciencing. Edited.