把一杯淡盐水和一杯浓盐水用半透膜隔开,溶液水会自己从淡的产生一侧往浓的一侧跑。这个现象叫渗透。渗透它不需要外力推动,现象也不需要加热,应具只要条件凑齐,条件它就会发生。溶液
半透膜是产生第一个绕不开的东西。它的渗透孔径小到只允许水分子这类小分子通过,而溶质分子——比如盐离子、现象糖分子——会被拦下来。应具细胞膜就是条件天然的半透膜,水能自由穿过,溶液钠离子、产生钾离子却不行。渗透实验室里常用玻璃纸、火棉胶膜来模拟。如果膜两侧的孔径大到什么都能过,那就不是渗透,只是普通的扩散混合。
有了膜,还不够。膜两侧的溶液浓度必须不一样。纯水和糖水之间能产生渗透,稀糖水和浓糖水之间也能。但两杯浓度完全相同的糖水,即使中间隔着半透膜,水分子两边跑的速度一样快,净移动为零,宏观上什么也不会发生。所以浓度差是驱动力。浓度差越大,单位时间内从稀侧穿过膜进入浓侧的水分子就越多,渗透压也越高。范特霍夫公式π=iCRT算的就是这个压力,跟浓度成正比,跟温度也成正比。
温度这个因素容易被忽略。温度升高,水分子热运动加剧,扩散速度变快,渗透速率也会跟着上去。但温度不能无限高——细胞膜这类生物半透膜在60℃以上就变性了,膜结构一破坏,渗透现象随之消失。所以生物体内的渗透,基本都发生在很窄的温度区间里。
还有一点:溶质必须不能穿过膜。如果溶质也能自由通过半透膜,那两侧的浓度差会很快消失,渗透压建立不起来。比如尿素能缓慢穿过某些生物膜,用它来做渗透实验,效果就比蔗糖差很多。选溶质的时候,得挑那些被膜“卡住”的。
实际生活中,这几个条件是同时满足的。拿红细胞来说,细胞膜是半透膜,细胞内液和血浆之间有浓度差,红细胞内的血红蛋白、电解质不能自由穿膜。把红细胞放进蒸馏水里,外面浓度近乎为零,水大量涌入,细胞膨胀甚至破裂,这就是溶血。放进高浓度盐水里,水从细胞里往外跑,细胞皱缩。只有放在0.9%的生理盐水里,进出平衡,细胞形态才维持正常。
输液的时候,护士用的就是0.9%氯化钠溶液或者5%葡萄糖溶液。浓度不对,红细胞就遭殃。这不是理论推导,是临床上反复验证过的事。
渗透现象的条件说白了就三个:一张半透膜,两侧浓度不同,溶质不能穿膜。温度影响速率,但不是必要条件。低温下渗透照样发生,只是慢一些。这三个条件缺一个,渗透就无从谈起。