تناضح: الفرق بين النسختين
[نسخة منشورة] | [نسخة منشورة] |
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
عبد الله بوت (نقاش | مساهمات) وسمان: أوتوويكي براوزر تعديل المحمول المتقدم |
ط بوت:الإبلاغ عن رابط معطوب أو مؤرشف V4.2 (تجريبي) |
||
سطر 4:
[[ملف:Plasmolyse Pflanzenzelle.svg|thumb|280px|حالات الضغط التناضحي في الخلية النباتية.]]
'''التناضح'''<ref>[http://www.aec.org.sy/aecmag/Dictionary/pages/O.htm الهيئة الذرية السورية] {{Webarchive|url=
نأتي بأنبوب زجاجي ذو فرعين على شكل U ونفصل بين فرعيه بوضع غشاء نصف نافذ. ونملأ الفرع اليميني بالماء ونملأ الفرع اليساري بمحلول ماء مذاب فيه ملح، بحيث يكون ارتفاع عامود الماء في الفرع اليميني مساويا لارتفاع المحلول الملحي في الفرع اليساري وننتظر بعضا من الوقت. نشاهد بعد فترة من الزمن أن عمود الماء في الفرع اليميني ينخفض، ويرتفع عامود المحلول في الفرع اليساري. ويظل الماء في فرعه خاليا من الملح، ويبقى الملح محصورا في عموده.
سطر 13:
عملية التناضح عملية حيوية وموجودة في العديد من العمليات الطبيعية ومنها:
* انتقال الماء من وإلى [[خلية
* يستغل التناضح في [[تكنولوجيا|التقنية]] لفصل المواد، وطبيا في [[
== تفسير أساسي ==
سطر 45:
* متناسبا طرديا مع [[صفر مطلق|درجة الحرارة المطلقة]].
* في المحاليل يعتمد [[الضغط الإسموزي]] على عدد جسيمات المادة المذابة فقط (تركيزها المولي).
* يبلغ [[الضغط الإسموزي]] لمحلول مكون من 1 [[مول]] من المذاب في 4و22 [[لتر]] سائل مذيب 101,325 [[باسكال (توضيح)|كيلوباسكال]] (1 ضغط جوي قياسي) عند درجة حرارة 273 [[كلفن]] (0 [[درجة حرارة مئوية|درجة مئوية]]).
تؤدي تلك الشروط إلى [[قانون فان هوف]] للضغط الإسموزي : " [[الضغط الإسموزي]] يعادل ضغط غاز له نفس العدد من الجسيمات n عند درجة حرارة T " ، فيكون :
سطر 51:
:<math>\Pi = n \cdot k \cdot T = c \cdot R \cdot T</math>
تعني <math>\Pi</math> في هذه المعادلة [[الضغط الإسموزي]] بوحدة [[باسكال (توضيح)|باسكال]].
: c = n/V [[تركيز (توضيح)|التركيز المولي]] في المحلول.
: k [[ثابت بولتزمان]].
:R [[ثابت الغازات العام]].
سطر 63:
== الصيغة الترموديناميكية ==
تجري الظاهرة الأزموزية من تلقاء نفسها فهي عملية «خلط» - تنفصل مادة من طورها وتختلط في مادة أخرى مكونة طور جديد . وتسبب عملية تجري من تلقاء نفسها في [[نظام مغلق]] إلى خفض [[
فيكون التغير في الإنثالبي الحر الكلي في الخلية الأزموزية مساويا لمجموع التغيرين للإنتالبي في طوري النظام :
سطر 77:
حيث:
: <math>\mu</math> [[
: <math>n</math> كمية المادة [[مول]] التي تعبر الغشاء.
سطر 100:
:<math>\mu^{(1)} = \mu^{(2)}</math>
هذا بالنسبة إلى مادة واحدة مذابة في سائل. أما إذا كان لدينا عدة مواد ذائبة في السائل فلا بد من صياغة العلاقات المذكورة أعلاه بأخذ [[
شرط الوصول غإلى حالة التوازن في الظاهرة الأزموزية يعتمد على أن تكون الكمونات الكيميائية للمادة التي تعبر الغشاء (وهي تكون في الغالب السائل المذيب) تكون كموناتها على الناحيتين متساوية. وطالما كان في النظام اختلاف في الكمونين فسوف تنتقل جسيمات للمادة في اتجاه الكمون المنخفض .
سطر 106:
== الضغط الأسموزي للمحاليل غير المثالية ==
لا ينطبق [[قانون فان هوف]] عل المحاليل غير المثالية (المحاليل المركزة) حيث يحدث فيها تآثر بين الجزيئات بعضها البعض ولا يمكن إهمالها. عندئذ لا بد من استخدام [[
:<math>\mbox{d}G = V \cdot \mbox{d}p - S \cdot \mbox{d}T + \sum^N_{i=0} \mu_i \cdot \mbox{d}n_i = 0</math>
سطر 114:
:<math>0 = V \cdot \mbox{d}p + \sum^N_{i=0} \mu_i \cdot \mbox{d}n_i</math>
وعندما يكون الضغط المحيط متساويا يبلغ التغير في [[ضغط إسموزي|الضغط الأزموزي]] :
:<math> \mbox{d}\Pi = - \frac{\sum^N_{i=0} \mu_i \cdot \mbox{d} c_i}{V} </math>
أي أن [[ضغط إسموزي|الضغط الأزموزي]] <math>\Pi</math> ينتج من [[تركيز (توضيح)|التركيزات المولية]] <math>c_i</math>
الناشئة عن تغير جميع [[
:<math>\Pi = - \frac{RT}{V} \cdot \sum^{N}_{i=1} \Delta\left(c_i \cdot \ln a_i\right)</math>
كما يمكننا تبسيط المعادلة مرة ثانية بإهمال التآثر بين الجزيئات الذائبة وجزيئات السائل المذيب أيضا. في تلك الحالة يمكن اعتبار [[فاعلية
:<math>\Pi \approx -\frac{RT}{V} \cdot \sum^{N}_{i=1} \Delta c_i</math>
سطر 129:
ولكن يجب ملاحظة أن هذا التقريب يؤدي عند التركيزات العالية إلى أخطاء قد تصل إلى 50 %، خصوصا بسبب إهمالنا للتآثرات بين الجزيئات بعضها البعض.
يُسمى [[ضغط إسموزي|الضغط الأزموزي]] السالب الإشارة أحيانا «الجهد الأزموزي» ويرمز له بالرمز <math>\psi_o</math>.
== الضغط الأزموزي في الكائنات الحية ==
لل[[ضغط
== تطبيقات ==
سطر 141:
يعتبر قياس الأسمولية {{إنج|Osmolarity}} بواسطة الطرق الأزموزية من أحد الأعمال الرئيسية في مجال العلوم البيولوجية. ويستخدم في حالة العمل على خلايا حية [[محلول منظم]] لتفادي حدوث تفاعلات غير مرغوبة فيها تحت تأثير الإجهاد الأزموزي. فمثلا عند فصل البروتوبلاست ([[جبلة مجردة]]) يمكن أن يتسبب استخدام محلول منظم زائد التركيز في تمزيق . وعند تركيب تلك المحاليل المنظمة في المختبر فيمكن قياس المولية الأزموزية لها ومقارنتها بالقيم المناسبة لها.
في الطب عند ال[[معالجة وريدية|علاج بالقسطرة الوريدية]] يستخدم محلول ملحي بغرض عدم الاضرار بخلايا الجسم عن طريق [[ضغط إسموزي|الضغط الأزموزي]]. وهو محلول مكون من الماء ويحتوي على 0,9 % (وزنا ) من [[ملح الطعام]]، وتبلغ المولية الأزموزية لهاذا المحلول 330 mosmol/لتر وهي تعادل تقريبا تلك [[بلازما الدم|لبلازما الدم]]، وهو يعادل ضغطا أزموزيا قدره 7و0 [[باسكال (توضيح)|ميجا باسكال]]. أما في حالة استخدام ماء نقيا عند العلاج ب[[معالجة وريدية|القسطرة الوريدية]] فقد يؤدي ذلك الفرق في الضغط في انفجار بعض خلايا الدم.
=== غسيل الكلى ===
{{مفصلة|غسيل الكلى}}
تستخدم أغشية في عملية [[غسيل كلوي|غسيل الكلى]] لها خاصية السماح لجزيئات وأيونات يبلغ حجمها أقل من حجم معين، وفي نفس الوقت تكون مانعة لمرور جزيئات [[بروتين]] أو أحماض نوكليين. بتلك الطريقة يمكن فصل مواد ذات تركيب جزيئي صغير الحجم وعزلها أو خفض كمياتها إلى مستويات مناسبة . يُملأ - بحسب الطريقة المستخدمة - المحلول الديالي في وعاء (خرطوم ديالي ) ويغطس هذا في محلول ديالي ويبقي فيه فترة زمنية . أو يبقي المحلول المراد دياليته ، مثلما في حالة [[ديال الدم]]، معزولا بواسطة غشاء عن محلول التنقية . وتطبق طرق الديال في [[طب|الطب]] بغرض تنظيف الدم ، كما تُستغل في الصناعة وفي [[هندسة العمليات|هندسة العمليات الصناعية]] (مثل تحضير البيرة الخالية من الكحول ).
=== تناضح عكسي ===
{{مفصلة|تناضح عكسي}}
يتم التناضح العكسي أو « الضغط الأزموزي المعكوس » عن طريق رفع [[ضغط|الضغط]] في نظام مكون من ماء ومحلول به مادة ذائبة ويفصلهما غشاء نصف نافذ. يعمل رفع [[ضغط|الضغط]] فوق ناحية ماء المحلول على زيادة [[تركيز (توضيح)|تركيز]] المحلول ( يعمل رفع الضغط على المحلول على إجبار جزيئات الماء المرور عبر الغشاء في الاتجاه المعاكس ، أي من المحلول إلى الماء العذب). وتستخدم تلك الطريقة في فصل الماء العذب عن ماء البحر المالحة. ولكن لا بد من بذل [[طاقة]] لتوليد هذا [[ضغط|الضغط]].
(في عملية استخلاص ماء عذب من ماء البحر يتم عادة عن طريق [[تبخير]] مياه البحر وتكثيف البخار. أي يتم هذا عن طريق إمداد ماء البحر الموجود في غلاية [[طاقة|بطاقة حرارية]] من الخارج لإجراء التبخير. ويعطينا الضغط الأزموزي المعكوس طريقة ثانية لاستخلاص ماء عذب من ماء البحر (اقرأ [[محطة تناضح عكسي]]). أي تتفق الطريقتان في كونهما تحتاجان إلى طاقة خارجية لفصل الملح عن الماء ، وهذا ما تقوله [[
=== محطة قوى بالضغط الأزموزي ===
{{مفصلة|محطة قوى بالضغط الأزموزي}}
بنيت فكرة محطة القوى التي تعمل بالضغط الأزموزي علي استغلال [[
يمر ماء عذب في أنبوب عبارة عن غشاء نصف نافذ خلال ماء البحر فيرتفع الضغط في الماء المالح . ويوجه جزء من الماء ذو الضغط العالي ( وهو ماء نصف مالح حيث اكتسب جزءا من الماء العذب) ، يوجه إلى عنفة لإدارته ، بينما الجزء الأكبر من هذا الماء (2/3 الكمية) إلى مبادل للضغط يعمل على رفع ضغط ماء البحر المسحوب .<ref>[http://www.statkraft.no/Images/Statkraft%20Osmotic%20Power%20Update%20SCREEN_tcm3-8318.pdf Statkraft: Osmotic Power (PDF, engl.)]</ref>
وقد أنشئت محطات قوى تجريبية للعمل بهذه الطريقة بغرض دراستها وتحسينها ، ولكن لم تدخل حيز التطبيق الصناعي لإنتاج الطاقة . تصل قدرة المحطات التجريبية إلى نحو 3 [[واط|ميجاوات]] وتعمل منذ عدة سنوات ويجرى تطويرها وتحسينها.<ref>[http://archive.is/20120731133319/www.ftd.de/forschung_bildung/forschung/:Salz%20Tank/305915.html Bericht der Financial Times Deutschland vom 23. Jan. 2008]</ref> وقد شيدت أول [[محطة توليد طاقة كهربائية|محطة طاقة]] صغيرة في [[النرويج]] في [[خليج أوسلو]] في نوفمبر 2009 وتسمى محطة توليد الطاقة بـ«ستاتكرافت» {{نرو|Statkraft Hurum saltkraftverk}} وهي حاليًا أكبر محطة تستغل ضغط التناضح لإنتاج الكهرباء.<ref>[http://www.statkraft.com/presscentre/press-releases/2009/crown-princess-mette-marit-to-open-the-worlds-first-osmotic-power-plant.aspx Statkraft Pressemitteilung] 24. Nov. 2009 (engl.) {{Webarchive|url=
== المراجع ==
|