06 5. الأسموزية والضغط الأسموزي
5.1 التعريفات (كما في الكتاب)
- الأسموزية ظاهرة انتقال الماء من المحلول المخفف إلى المحلول المركز من خلال غشاء شبه منفذ يفصل بين المحلولين. (الغشاء شبه المنفذ يسمح بمرور جزيئات المذيب الصغيرة (الماء) ويمنع الجسيمات الأكبر أو المتهدرتة من المذاب؛ ويسلك الغشاء البلازمي للخلية هذا السلوك).
- الضغط الأسموزي هو الضغط الناشئ في المحلول لاختلاف تركيز المادة المذابة بين أجزائه، ويؤدي إلى انتشار الماء من المحلول الأقل تركيزًا (ذي الضغط الأسموزي المنخفض) في اتجاه المحلول الأعلى تركيزًا (ذي الضغط الأسموزي الأعلى).
لاحظ أن الأمر قد يبدو معكوسًا لفكرة أن الضغط «يدفع للخارج»: فالمحلول الأكثر تركيزًا له ضغط أسموزي أعلى، ومعنى ذلك أن لديه ميلًا أقوى لسحب الماء إليه.
5.2 لماذا يتحرك الماء في هذا الاتجاه؟
- الماء «أكثر تركيزًا» (نسبة جزيئات الماء الحرة أعلى) في المحلول المخفف.
- وتعبر جزيئات الماء الغشاء في الاتجاهين طوال الوقت، لكن العدد العابر من الجانب المخفف أكبر من العابر من الجانب المركز (حيث تقلل جسيمات المذاب وجزيئات الماء المرتبطة بها عدد جزيئات الماء الحرة المصطدمة بالغشاء).
- فتكون الحركة الصافية نحو الجانب المركز حتى تتساوى التراكيز أو حتى يتولد على الجانب المركز ضغط (ارتفاع السائل أو الضغط الأسموزي) يوقف الحركة الصافية.
5.3 نموذج: تجربة الأنبوب U (وصف)
- أنبوب على شكل حرف U يفصل بين فرعيه غشاء شبه منفذ في الوسط.
- على اليسار ماء نقي، وعلى اليمين محلول سكر، وعند البدء يكونان بالمستوى نفسه.
- وبعد فترة يرتفع مستوى جانب المحلول وينخفض جانب الماء النقي: انتقل الماء بالأسموزية إلى الجانب المركز.
- ويولّد الارتفاع الإضافي للسائل ضغطًا يعادل في النهاية الضغط الأسموزي.
/eg_scientific_images_ordered_204/Dabour_Hub_EG/%D8%A7%D9%84%D8%B9%D9%84%D9%88%D9%85_%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D9%83%D8%A7%D9%85%D9%84%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D9%88%D8%AD%D8%AF%D8%A9_%D8%A7%D9%84%D8%A3%D9%88%D9%84%D9%89___%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%B8%D8%A7%D9%85_%D8%A7%D9%84%D8%A8%D9%8A%D8%A6%D9%8A_%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%A7%D8%A6%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D8%AF%D8%B1%D8%B3_1-4___%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AD%D8%A7%D9%84%D9%8A%D9%84_%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%A7%D8%A6%D9%8A%D8%A9_%D9%88%D8%AE%D9%88%D8%A7%D8%B5%D9%87%D8%A7_%28%D8%A7%D9%84%D8%AE%D9%88%D8%A7%D8%B5_%D8%A7%D9%84%D8%AC%D9%85%D8%B9%D9%8A%D8%A9_%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D9%85%D9%88%D8%B2%D9%8A%D8%A9%29/12._3_%D9%86%D9%85%D9%88%D8%B0%D8%AC___%D8%AA%D8%AC%D8%B1%D8%A8%D8%A9_%D8%A7%D9%84%D8%A3%D9%86%D8%A8%D9%88%D8%A8_U_%28%D9%88%D8%B5%D9%81%29/%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D9%85%D9%88%D8%B2%D9%8A%D8%A9_%D9%81%D9%8A_%D8%A7%D9%84%D8%A3%D9%86%D8%A8%D9%88%D8%A8_%D8%B0%D9%8A_%D8%A7%D9%84%D8%B4%D8%B9%D8%A8%D8%AA%D9%8A%D9%86.png)
5.4 إضافة: حساب الضغط الأسموزي
للمحاليل المخففة: π = i M R T ، حيث M التركيز المولاري (mol/L) وR = 0.0821 L·atm/(mol·K) (أو 8.31 J/(mol·K)) وT درجة الحرارة بالكلفن.
مثال محلول (4). المسألة: أوجد الضغط الأسموزي عند 27°C لمحلول جلوكوز تركيزه 0.20 mol/L ولمحلول NaCl تركيزه 0.20 mol/L.
- الحل: T = 300 K.
- الجلوكوز: π = 1 × 0.20 × 0.0821 × 300 = 4.93 atm (≈ 5.0 × 10⁵ N/m²).
- NaCl: i = 2 ← π = 9.85 atm.
- وغشاء الخلية الفاصل بين هذين المحلولين سيرى الماء ينتقل من محلول الجلوكوز إلى محلول الملح.
5.5 الأسموزية في الخلايا الحية
الغشاء البلازمي شبه منفذ. ثلاث حالات لخلية توضع في محلول:
/eg_scientific_images_ordered_204/Dabour_Hub_EG/%D8%A7%D9%84%D8%B9%D9%84%D9%88%D9%85_%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D9%83%D8%A7%D9%85%D9%84%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D9%88%D8%AD%D8%AF%D8%A9_%D8%A7%D9%84%D8%A3%D9%88%D9%84%D9%89___%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%B8%D8%A7%D9%85_%D8%A7%D9%84%D8%A8%D9%8A%D8%A6%D9%8A_%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%A7%D8%A6%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D8%AF%D8%B1%D8%B3_1-4___%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AD%D8%A7%D9%84%D9%8A%D9%84_%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%A7%D8%A6%D9%8A%D8%A9_%D9%88%D8%AE%D9%88%D8%A7%D8%B5%D9%87%D8%A7_%28%D8%A7%D9%84%D8%AE%D9%88%D8%A7%D8%B5_%D8%A7%D9%84%D8%AC%D9%85%D8%B9%D9%8A%D8%A9_%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D9%85%D9%88%D8%B2%D9%8A%D8%A9%29/14._5_%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D9%85%D9%88%D8%B2%D9%8A%D8%A9_%D9%81%D9%8A_%D8%A7%D9%84%D8%AE%D9%84%D8%A7%D9%8A%D8%A7_%D8%A7%D9%84%D8%AD%D9%8A%D8%A9/%D8%AA%D8%A3%D8%AB%D9%8A%D8%B1_%D8%A7%D9%84%D8%AA%D9%88%D8%AA%D8%B1_%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D9%85%D9%88%D8%B2%D9%8A_%D8%B9%D9%84%D9%89_%D9%83%D8%B1%D9%8A%D8%A7%D8%AA_%D8%A7%D9%84%D8%AF%D9%85.png)
/eg_scientific_images_ordered_204/Dabour_Hub_EG/%D8%A7%D9%84%D8%B9%D9%84%D9%88%D9%85_%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D9%83%D8%A7%D9%85%D9%84%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D9%88%D8%AD%D8%AF%D8%A9_%D8%A7%D9%84%D8%A3%D9%88%D9%84%D9%89___%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%B8%D8%A7%D9%85_%D8%A7%D9%84%D8%A8%D9%8A%D8%A6%D9%8A_%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%A7%D8%A6%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D8%AF%D8%B1%D8%B3_1-4___%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AD%D8%A7%D9%84%D9%8A%D9%84_%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%A7%D8%A6%D9%8A%D8%A9_%D9%88%D8%AE%D9%88%D8%A7%D8%B5%D9%87%D8%A7_%28%D8%A7%D9%84%D8%AE%D9%88%D8%A7%D8%B5_%D8%A7%D9%84%D8%AC%D9%85%D8%B9%D9%8A%D8%A9_%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D9%85%D9%88%D8%B2%D9%8A%D8%A9%29/14._5_%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D9%85%D9%88%D8%B2%D9%8A%D8%A9_%D9%81%D9%8A_%D8%A7%D9%84%D8%AE%D9%84%D8%A7%D9%8A%D8%A7_%D8%A7%D9%84%D8%AD%D9%8A%D8%A9/%D9%81%D9%83%D8%B1%D8%A9_%D8%AA%D8%AD%D9%84%D9%8A%D8%A9_%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%A7%D8%A1_%D8%A8%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D9%85%D9%88%D8%B2%D9%8A%D8%A9_%D8%A7%D9%84%D8%B9%D9%83%D8%B3%D9%8A%D8%A9.png)
- يدخل الماء إلى الخلية
- تنتفخ وقد تنفجر
- تصبح منتفخة (ممتلئة) وهذا مفيد للدعم؛
- ويمنع جدار الخلية انفجارها
- لا حركة صافية
- طبيعية
- رخوة لكن طبيعية
- يخرج الماء من الخلية
- تنكمش
- ينفصل الغشاء عن الجدار (البلزمة) ويذبل النبات
أمثلة من الحياة والبيئة:
- تمليح الأغذية (الأسماك واللحوم والجبن والمخللات) يحفظها لأن البكتيريا في البيئة الشديدة الملوحة تفقد الماء بالأسموزية فتموت أو لا تستطيع النمو.
- شرب ماء البحر يزيد العطش: لأن ضغطه الأسموزي أعلى من سوائل الجسم، فيضطر الجسم إلى استخدام ماء إضافي للتخلص من الملح.
- جذور النباتات تمتص الماء بالأسموزية لأن عصارة الشعيرات الجذرية أكثر تركيزًا من ماء التربة. والتربة المسمدة بإفراط (ملح ذائب كثير) أو الري بماء مالح قد يعكس الانحدار فتفقد الجذور ماءها ويذبل النبات.
- الكائنات العذبة والبحرية تواجه مشكلتين أسموزيتين متعاكستين؛ وتكيفاتها (الفجوة المنقبضة والكلى واليوريا في أسماك القرش) هي موضوع الدرس 1-6.
- التحلية بالأسموزية العكسية: إذا طُبق ضغط أكبر من الضغط الأسموزي لماء البحر (نحو 27–30 atm) على جانب الماء المالح، دُفع الماء خلال الغشاء عكس الاتجاه الأسموزي الطبيعي وتُركت الأملاح. وتوفر هذه التقنية مياه الشرب لكثير من المدن الساحلية في مصر.
مثال محلول (5).
- المسألة: وُضعت كرية دم حمراء (مكافئها الأسموزي نحو 0.30 mol/L من الجسيمات) في: (أ) محلول NaCl تركيزه 0.15 mol/L (0.30 mol/L جسيمات)، (ب) ماء مقطر، (ج) محلول NaCl تركيزه 0.5 mol/L (1.0 mol/L جسيمات).
- صف السلوك.
- الحل: (أ) 0.15 mol/L من NaCl تعطي نحو 0.30 mol/L من الجسيمات: متساوي التوتر؛
- لا حركة صافية للماء وتحتفظ الخلية بشكلها (وهذا هو «المحلول الملحي الفسيولوجي»).
- (ب) الماء المقطر منخفض التوتر: يدخل الماء فتنتفخ الخلية وقد تنفجر.
- (ج) 1.0 mol/L جسيمات مرتفع التوتر: يخرج الماء فتنكمش الخلية وتتجعد.
🧪 أسئلة على هذه النقطة (27)
الأسموزية هي انتقال
الغشاء شبه المنفذ يسمح بمرور
يؤدي الضغط الأسموزي إلى انتشار الماء نحو المحلول
خلية دم حمراء وُضعت في ماء مقطر. ما الذي يحدث لها؟
خلية دم حمراء وُضعت في محلول مرتفع التركيز. ما الذي يحدث لها؟
عندما تفقد الخلية النباتية الماء فينفصل الغشاء البلازمي عن جدارها تسمى الظاهرة
تمنع الجدار الخلوي في الخلية النباتية
يحفظ تمليح الأسماك والجبن الأغذية لأن
شرب ماء البحر يزيد العطش لأن
تمتص جذور النباتات الماء من التربة بالأسموزية لأن عصارة الشعيرات الجذرية
الإفراط في التسميد قد يؤدي إلى ذبول النباتات لأن
تعتمد التحلية بالأسموزية العكسية على
عند فصل محلولين بغشاء شبه منفذ، يرتفع مستوى المحلول الأكثر تركيزًا لأن
1. [علّل] تنتفخ كرية الدم الحمراء وتنفجر في الماء المقطر.
اعرض الإجابة
لأن الماء المقطر منخفض التوتر بالنسبة لسيتوبلازم الخلية فيدخل الماء إليها بالأسموزية، وليس لها جدار يمنع الانفجار.
الغشاء البلازمي شبه منفذ.
2. [علّل] لا تنفجر الخلية النباتية عند وضعها في ماء مقطر.
اعرض الإجابة
لأن جدارها السليلوزي يقاوم التمدد فتصبح منتفخة فقط.
وهذا يدعم النبات.
3. [علّل] يذبل النبات عند ريّه بماء شديد الملوحة.
اعرض الإجابة
لأن ماء التربة يصبح أعلى تركيزًا من عصارة الجذر فيخرج الماء من الجذور بالأسموزية.
ينعكس اتجاه الحركة الأسموزية.
4. [علّل] يزيد شرب ماء البحر من شعور الإنسان بالعطش.
اعرض الإجابة
لأن ضغطه الأسموزي أعلى من سوائل الجسم، فيستهلك الجسم مزيدًا من الماء للتخلص من الأملاح الزائدة.
يفقد الجسم ماءً صافيًا.
5. [علّل] تحفظ الأغذية بالتمليح.
اعرض الإجابة
لأن الملح يخلق وسطًا مرتفع التوتر يسحب الماء من بكتيريا التلف فتتوقف عن النمو.
الأسموزية.
6. [عرّف] عرّف الأسموزية.
اعرض الإجابة
ظاهرة انتقال الماء من المحلول المخفف إلى المحلول المركز من خلال غشاء شبه منفذ يفصل بينهما.
تحدث في الخلايا الحية.
7. [عرّف] عرّف الضغط الأسموزي.
اعرض الإجابة
الضغط الناشئ في المحلول لاختلاف تركيز المادة المذابة بين أجزائه، ويؤدي إلى انتشار الماء من المحلول الأقل تركيزًا إلى الأعلى تركيزًا.
π = i M R T للمحاليل المخففة.
8. [قارن] قارن بين الوسط المنخفض التوتر والمتساوي التوتر والمرتفع التوتر من حيث حركة الماء وتأثيرها على خلية حيوانية.
اعرض الإجابة
منخفض التوتر: يدخل الماء وتنتفخ الخلية وقد تنفجر. متساوي التوتر: لا حركة صافية وتبقى طبيعية. مرتفع التوتر: يخرج الماء وتنكمش الخلية.
يتجه الماء نحو التركيز الأعلى.
9. [قارن] قارن بين الأسموزية والأسموزية العكسية.
اعرض الإجابة
- الأسموزية: ينتقل الماء تلقائيًا من المخفف إلى المركز.
- الأسموزية العكسية: يُدفع الماء من المركز إلى المخفف بتطبيق ضغط أكبر من الضغط الأسموزي، وتُستخدم في التحلية.
الاتجاهان متعاكسان.
الجزء الرابع — مسائل
10. [مسألة] احسب الضغط الأسموزي عند 27°C لمحلول جلوكوز تركيزه 0.1 mol/L.
اعرض الإجابة
≈ 2.46 atm
π = 1 × 0.1 × 0.0821 × 300 = 2.46 atm.
11. [مسألة] احسب الضغط الأسموزي عند 27°C لمحلول NaCl تركيزه 0.1 mol/L (i = 2).
اعرض الإجابة
≈ 4.93 atm
π = 2 × 0.1 × 0.0821 × 300 = 4.93 atm.
12. [مسألة] ما كتلة NaCl اللازمة لتحضير 200 mL من محلول تركيزه 0.5 mol/L؟
اعرض الإجابة
5.85 g
n = 0.5 × 0.2 = 0.1 mol ؛ الكتلة = 0.1 × 58.5 = 5.85 g.
13. [مسألة] محلول ملحي فسيولوجي تركيزه 9 g/L من NaCl. احسب تركيزه المولاري وتركيز الجسيمات الكلي (i = 2).
اعرض الإجابة
≈ 0.154 mol/L ؛ ≈ 0.308 mol/L
9 ÷ 58.5 = 0.154 ؛ × 2 = 0.308 وهو قريب من 0.30 mol/L المعادل لخلايا الدم.
14. [مسألة] ماء بحر يعادل محلول NaCl تركيزه 0.6 mol/L (i = 2) عند 25°C (298 K). احسب ضغطه الأسموزي التقريبي وفسّر دلالته في التحلية.
اعرض الإجابة
≈ 29.4 atm
π = 2 × 0.6 × 0.0821 × 298 = 29.4 atm؛ ويجب تطبيق ضغط أكبر منه في الأسموزية العكسية.