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1748年,法国修道院院长、物理学家让·安托万·诺莱特(Jea,1700—1770)发现了这一现象。
他用猪**膜将两个分别装有纯净水和另外一种溶液的容器分开。
一段时间后,诺莱特观察到溶液的液面上升,而纯净水的液面下降。
这说明有一部分的水会自行透过膜扩散到另一侧来稀释溶液。
若是使用两种不同浓度的溶液也会得到这样的结果:水总是从低浓度向高浓度流动。
为了解释所观察到的现象,我们可以假设水是在一定压力下被推着通过膜,到了某一程度,由于这个内部压力和两种**的液位差产生的静水压之间达到了平衡,所以就停止了流动。
这种现象被称为渗透(osmosis)。
因为在希腊语中?σμ??(osmós)是“推”
的意思,推动水透过膜的压力称为渗透压(osmoticpressure)。
要使渗透作用发生,所用的膜就必须具有半透性,即只能让溶剂分子通过,而不会允许溶质分子通过。
许多来源于动植物的天然膜都具有此特性,当然,我们也可以人工制备。
在实际过程中,它们就像一个有选择性的过滤器,允许一些分子通过,而另一些则不能。
所以,正是渗透作用使西梅干膨胀起来。
水果的表皮(以及单个细胞的膜)具有半透性,它允许水通过,去稀释由糖和其他物质浓缩组成的内部汁液。
如果此时你把膨胀的西梅放在浓度很高的溶液中(糖、盐或其他溶液),过一段时间它就会瘪下去,因为此时水的流动方向是相反的,是从西梅内部流向外部溶液。
将食品保存在盐水中(橄榄、凤尾鱼等)或高糖糖浆中(果酱、蜜饯等)的时候,也会发生这种情况。
这种条件下食物能长期保存,因为浓缩的溶液(在高渗透压下)抑制了微生物的生长,使它们找不到维持生命机能的水。
渗透压遵循一个与气体状态方程(equationofstate)非常相似的定律。
渗透压取决于单位体积溶液中的溶质颗粒的数量,而且还受温度影响。
浓度较高的溶液(因此渗透压也高)称为高渗溶液(hypertoni),浓度较低的溶液称为低渗溶液(hypotoni),当两种溶液的渗透压相同时,它们被称为等渗溶液(isotoni)。
医学上使用的普通生理溶液(用于输液和其他用途)就与血浆等渗。
这种溶液实际上是浓度为0.9%的氯化钠溶液。
渗透现象在自然界中非常普遍,如植物根部吸收养分、鱼鳃从水中吸收氧气、细胞之间的水交换、我们肾脏中的渗透过程、透析等许多现象都是渗透作用造成的。
反渗透设备是渗透作用的一个特殊应用,我们将在第三章第1节里进行讨论。
拓展:立体化学
如果我们想对生命过程的化学打开一线希望,就必须在很大程度上诉诸立体化学的方法,我们必须从三维的角度思考[32]。
1963年诺贝尔化学奖获得者居里奥·纳塔和他的天才合作者马里奥·法里纳(MarioFarina,1930—1994)就是这样表达立体化学的重要性的。
物质的化学、物理和生物特性是由分子结构决定的,而分子又由原子组成。
原子结合在一起形成不同的三维形态,这种结合方式决定了所得物质性质上的巨大差异。
立体化学研究分子的几何特性,以及这些特征如何反映在其化学行为中。
如果我们看着自己的双手,就会发现它们是彼此的镜像。
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