Осмотическая концентрация

Молярность осмотически активных частиц

Осмотическая концентрация , ранее известная как осмолярность , ^[1] является мерой концентрации растворенного вещества , определяемой как количество осмолей (Осм) растворенного вещества на литр (л) раствора (осмоль/л или осм/л). Осмолярность раствора обычно выражается как Osm/L (произносится как «осмолярный»), точно так же, как молярность раствора выражается как «М» (произносится как «молярный»). В то время как молярность измеряет количество молей растворенного вещества в единице объема раствора, осмолярность измеряет количество осмолей частиц растворенного вещества в единице объема раствора. ^[2] Это значение позволяет измерить осмотическое давление раствора и определить, как растворитель будет диффундировать через полупроницаемую мембрану ( осмос ), разделяющую два раствора с разной осмотической концентрацией.

Пакетик ОРС с указанием осмолярности его компонентов.

Единица

Единицей осмотической концентрации является осмоль . Это внесистемная единица измерения, определяющая количество молей растворенного вещества, влияющее на осмотическое давление раствора. Миллиосмоль ( мосмоль ) составляет 1/1000 осмоля. Микроосмоль ( мкОсм ) (также пишется как микроосмоль ) составляет 1/1 000 000 осмоля.

Типы растворенных веществ

Осмолярность отличается от молярности, поскольку она измеряет осмолярность частиц растворенного вещества, а не моль растворенного вещества. Различие возникает потому, что некоторые соединения могут диссоциировать в растворе, а другие — нет. ^[2]

Ионные соединения , такие как соли , могут диссоциировать в растворе на составляющие их ионы , поэтому не существует однозначного соотношения между молярностью и осмолярностью раствора. Например, хлорид натрия (NaCl) диссоциирует на ионы Na ⁺ и ^Cl- . Таким образом, на каждый 1 моль NaCl в растворе приходится 2 осмоля частиц растворенного вещества (т.е. раствор NaCl с концентрацией 1 моль/л представляет собой раствор NaCl с концентрацией 2 осмоль/л). Ионы натрия и хлорида влияют на осмотическое давление раствора. ^[2]

Другим примером является хлорид магния (MgCl ₂ ), который диссоциирует на ионы Mg ²⁺ и 2Cl ^- . На каждый 1 моль MgCl ₂ в растворе приходится 3 осмоля частиц растворенного вещества.

Неионогенные соединения не диссоциируют и образуют только 1 осмоль растворенного вещества на 1 моль растворенного вещества. Например, раствор глюкозы концентрацией 1 моль/л равен 1 осмоль/л. ^[2]

Несколько соединений могут способствовать осмолярности раствора. Например, раствор с плотностью 3 осм может состоять из: 3 молей глюкозы, или 1,5 молей NaCl, или 1 моля глюкозы + 1 моль NaCl, или 2 молей глюкозы + 0,5 молей NaCl, или любой другой подобной комбинации. ^[2]

Определение

Осмолярность раствора, выраженная в осмолях на литр (осмоль/л), рассчитывается по следующему выражению:

$${\displaystyle \mathrm {osmolarity} =\sum _{i}\varphi _{i}\,n_{i}C_{i}}$$

• φ – осмотический коэффициент , учитывающий степень неидеальности раствора. В простейшем случае это степень диссоциации растворенного вещества. Тогда φ находится в диапазоне от 0 до 1, где 1 указывает на 100% диссоциацию. Однако φ также может быть больше 1 (например, для сахарозы). Для солей электростатические эффекты приводят к тому, что φ становится меньше 1, даже если происходит 100% диссоциация (см. уравнение Дебая – Хюккеля );
• n — количество частиц (например, ионов), на которые диссоциирует молекула. Например: у глюкозы n равно 1, а у NaCl n = 2;
• C – молярная концентрация растворенного вещества;
• индекс i представляет собой идентичность конкретного растворенного вещества.

Осмолярность можно измерить с помощью осмометра , который измеряет коллигативные свойства , такие как снижение температуры замерзания , давление пара или повышение точки кипения .

Осмолярность и тоничность

Осмолярность и тоничность — связанные, но разные понятия. Таким образом, термины, оканчивающиеся на -осмотический (изоосмотический, гиперосмотический, гипоосмотический), не являются синонимами терминов, оканчивающихся на -тонический (изотонический, гипертонический, гипотонический). Эти термины связаны тем, что оба они сравнивают концентрации растворенных веществ в двух растворах, разделенных мембраной. Термины разные, поскольку осмолярность учитывает общую концентрацию проникающих и непроникающих растворенных веществ, тогда как тоничность учитывает только общую концентрацию труднопроникающих растворенных веществ . ^{[3] [2]}

Проникающие растворенные вещества могут диффундировать через клеточную мембрану , вызывая мгновенные изменения объема клетки, поскольку растворенные вещества «тянут» за собой молекулы воды. Непроникающие растворенные вещества не могут проникнуть через клеточную мембрану; следовательно, движение воды через клеточную мембрану (т. е. осмос ) должно произойти, чтобы растворы достигли равновесия .

Раствор может быть как гиперосмотическим, так и изотоническим. ^[2] Например, внутриклеточная жидкость и внеклеточная могут быть гиперосмотическими, но изотоническими – если общая концентрация растворенных веществ в одном компартменте отличается от таковой в другом, но один из ионов может пересекать мембрану (иными словами, проникающее растворенное вещество), втягивая с собой воду, таким образом, не вызывая общего изменения объема раствора.

В медицине

Осмолярность плазмы и осмоляльность

Осмолярность плазмы, осмолярность плазмы крови , можно рассчитать по осмоляльности плазмы по следующему уравнению: ^[4]

Осмолярность = осмоляльность × ( ρ _соль - c _а )

где:

• ρ _р — плотность раствора в г/мл, что для плазмы крови составляет 1,025 г/мл . ^[5]
• c _a — концентрация ( безводного ) растворенного вещества в г/мл, не путать с плотностью высушенной плазмы.

Согласно ИЮПАК, осмоляльность представляет собой частное отрицательного натурального логарифма рациональной активности воды и молярной массы воды, тогда как осмолярность является произведением осмоляльности и массовой плотности воды (также известной как осмотическая концентрация). ^[1]

Проще говоря, осмоляльность — это выражение осмотической концентрации растворенного вещества на массу растворителя, тогда как осмолярность — на объем раствора (таким образом, преобразование производится путем умножения на массовую плотность растворителя в растворе (кг растворителя/литр раствора).

$${\displaystyle {\text{osmolality}}=\sum _{i}\varphi _{i}\,n_{i}m_{i}}$$

где m _i — моляльность компонента i .

Осмолярность/осмоляльность плазмы важна для поддержания надлежащего электролитного баланса в кровотоке. Неправильный баланс может привести к обезвоживанию , алкалозу , ацидозу или другим опасным для жизни изменениям. Антидиуретический гормон (вазопрессин) частично отвечает за этот процесс, контролируя количество воды, которое организм удерживает из почек при фильтрации кровотока. ^[6]

Гиперосмолярность и гипоосмолярность

Концентрацию осматически активного вещества называют гиперосмолярной, если высокая концентрация вызывает изменение осматического давления в ткани, органе или системе. Точно так же говорят, что он гипоосмолярный, если осмолярность или осматическая концентрация слишком низка. Например, если осмолярность парентерального питания слишком высока, это может вызвать серьезное повреждение тканей. ^[7] Одним из примеров состояния, вызванного гипоосмолярностью, является водная интоксикация . ^[8]

Смотрите также

• Молярность
• Моляльность
• Осмоляльность плазмы
• Тонус
• фактор Ван 'т-Гоффа

Рекомендации

• DJ Taylor, NPO Green, GW Stout Biological Science

1. Макнот, AD; Уилкинсон, А.; Мел, SJ (1997). ИЮПАК. Сборник химической терминологии («Золотая книга») (2-е изд.). Оксфорд: Научные публикации Блэквелла. ISBN 0-9678550-9-8. Проверено 23 января 2022 г.
2. Видмайер, Эрик П.; Хершел Рафф; Кевин Т. Стрэнг (2008). Физиология человека Вандера, 11-е изд . МакГроу-Хилл. стр. 108–12. ISBN 978-0-07-304962-5.
3. Костанцо, Линда С. (15 марта 2017 г.). Физиология . Предшественник: Костанцо, Линда С., 1947- (Шестое изд.). Филадельфия, Пенсильвания. ISBN 9780323511896. ОКЛК  965761862.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
4. Мартин, Альфред Н.; Патрик Дж. Синко (2006). Физическая фармация и фармацевтические науки Мартина: физико-химические и биофармацевтические принципы в фармацевтических науках. Филадельфия, Пенсильвания: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 158. ИСБН 0-7817-5027-Х.
5. Шмуклер, Майкл (2004). Элерт, Гленн (ред.). «Плотность крови». Справочник по физике . Проверено 23 января 2022 г.
6. Эрли, Луизиана; Сандерс, Калифорния (1959). «Влияние изменения осмоляльности сыворотки на высвобождение антидиуретического гормона у некоторых пациентов с декомпенсированным циррозом печени и низкой осмоляльностью сыворотки». Журнал клинических исследований . 38 (3): 545–550. дои : 10.1172/jci103832. ПМК 293190 . ПМИД  13641405. 
7. Панганибан, Дженнифер; Маскареньяс, Мария Р. (2021), «Парентеральное питание», Детские заболевания желудочно-кишечного тракта и печени , Elsevier, стр. 980–994.e5, doi : 10.1016/b978-0-323-67293-1.00088-8, ISBN 978-0-323-67293-1, получено 10 мая 2024 г.
8. Дональдсон, Д. (1994), «Психические расстройства биохимического происхождения», Научные основы биохимии в клинической практике , Elsevier, стр. 144–160, doi : 10.1016/b978-0-7506-0167-2.50013-3, ISBN 978-0-7506-0167-2, получено 10 мая 2024 г.

Внешние ссылки

• Онлайн-калькулятор осмолярности/осмоляльности сыворотки