Abstrakt
Popis osmolality z fyzikálně-chemického hlediska.
Pojem ideálního roztoku, ideálního osmotického tlaku, ideální a reálné
osmolality, osmotického koeficientu, reálného osmotického tlaku.
Terminologie
Zkratka veličiny |
Název veličiny |
Hodnota nebo způsob výpočtu |
Jednotka v systému SI |
R |
molární plynová konstanta |
8.31441 |
J*mol-1*K-1 |
T |
termodynamická teplota |
|
K |
M1 |
molární hmotnost vody |
|
kg mol-1 |
Vm1 |
molární objem vody |
|
m3 mol-1 |
n2 |
látkové množství (amount of substance) |
|
mol |
m |
hmotnost solutu |
|
kg |
m2 |
molalita |
m2 = n2/m |
mol kg-1 |
v |
disociační číslo (počet částic, na které solut
disociuje při kompletní disociaci, počet molekulárních fragmentů) |
|
- |
Πid |
ideální osmotický tlak |
|
J m-3
= kg s-2 m-1 = Pa |
M1/Vm1 |
objemová hmotnost vody |
1000 (aproximace) |
kg m-3 |
ΔTid/(v * m2) |
molární snížení bodu tuhnutí vody (”kryoskopická
konstanta”) |
1,86 |
K mol-1 kg |
φ |
Osmotický koeficient |
1 (pro ideální roztok) |
1 |
Synonyma
Klasifikační kódy
Odkazy na jiné relevantní
dokumenty, další informace
Chemická a fyzikální charakteristika,
struktura a povaha analytu
Ideální roztok je roztok, ve kterém je molekula solutu
je kompletně obklopena rozpustidlem (solventem), takže přidání rozpustidla
nevede k žádné další interakci mezi solventem a solutem. Za těchto podmínek
vlastnosti molekul rozpustidla (tzv. koligativní vlastnosti) závisí pouze na
množství rozpuštěných částic a nikoli na jejich vlastnostech. Snížení tenze par
solventu dané přítomností solutů je úměrné molární koncentraci xi
solutu a podobně lze charakterizovat osmotický tlak, snížení bodu tuhnutí a
zvýšení bodu varu.
Osmotický tlak a snížení bodu tuhnutí ideálního vodného
roztoku lze vyjádřit vztahem
Πid = R * T * (M1/Vm1)
* v * m2 = R * T * n2 * (M1/Vm1) *
(v/m)
Deprese bodu tuhnutí (ideální)
ΔTid = [ΔTid/(v * m2)]
* v * m2
kde výraz [ΔTid/(v * m2)]
představuje molární snížení bodu tuhnutí vody nebo kryoskopickou konstantu
(1,86 K mol-1 kg).
Čím vyšší je koncentrace solutů, tím více se uplatňují interakce
mezi částicemi a tím více se roztok odlišuje od koncepce ideálního roztoku.
Tuto divergenci lze kompenzovat korekčním faktorem – tzv. osmotickým
koeficientem φ, který je roven hodnotě 1 pro ideální roztoky.
φ = (ΔT/ΔTid) = 1/(1,86
K mol-1 kg) * [ΔT / (v * m2)]
kde ΔT je aktuální hodnota snížení bodu tuhnutí.
Osmotický tlak je tlak na semipermeabilních membránách,
který způsobují koligativní vlastnosti roztoku (počet částic na jedné straně
membrány). Přísně semipermeabilní membrána propouští jen vodu. Biologické
membrány mají různý stupeň propustnosti: glomerulární membrána propouští vodu,
ionty i nízkomolekulární proteiny.
Ideální osmolalita mi,osm(id) je součinem
molality a počtem molekulárních fragmentů v nepřítomnosti slabých, jen
částečně disociovaných elektrolytů, tedy
mi,osm(id) = m2 * v
a její jednotkou je mol kg-1.
Pokud ideální osmolalitu násobíme osmotickým
koeficientem φ (míra aktivity solutů), získáme (reálnou) osmolalitu, tedy
mi,osm(real) = mi,osm(id) * φ = m2 * v * φ
a její jednotkou je opět mol kg-1.
Lidská plazma (a podobně i plná krev a sérum) vykazuje snížení bodu
tuhnutí v rozmezí 0,54 ± 0,014 K (odpovídající 95% konfidenční interval je
0,512 – 0,568 K). Vyjdeme-li z výše uvedených údajů, kdy 1 mol solutů v 1
kg rozpustidla sníží teplotu o –1,858 °C, pak snížení o –0,54 °C představuje 0,54/1,858 = 0,2906 mol/kg =
290,6 mmol/kg (tedy hodnotu uvnitř konvenčního rozmezí plazmatické osmolality).
Stejného výpočtu používají osmometry založené na principu měření snížení bodu
tuhnutí.
Osmotická látková koncentrace (osmotic amount of
substance concentration, ci, osm) představuje látkovou koncentraci
ideálního roztoku, jednotkou je mol l-1. Pojem se běžně neužívá,
přednost má osmolalita (molalita).
Role v metabolismu
Při měření osmolality v plazmě se kromě jiného uplatňují
i částice,
které biologickými membránmi volně procházejí. Tyto "neefektivní" soluty
sice zvyšují osmolalitu plazmy, ale při přesunech vody přes membrány z osmotických důvodů
se neuplatňují. Typickým představitelem je urea, jejíž molální koncentrace se při úvahách o efektivní osmolalitě
neuvažuje.
Zdroj (syntéza, příjem)
Osmoticky aktivní látky v organismu představují
zejména ionty, glukóza, urea.
Distribuce v organismu, obsah
ve tkáních
Osmoticky aktivní látky lze rozdělit na volně
difuzibilní (příkladem je urea, pronikající biologickými membránami) a
nedifuzibilní (vykazující na biologické membráně efektivní osmotický tlak,
příkladem je glukóza a ionty).
Způsob vylučování nebo
metabolismus
Osmoticky aktivní látky se vylučují ledvinami.
Biologický poločas
Kontrolní (řídící) mechanismy
Literatura
Ciba-Geigy Scientific
Tables, Volume 3, Basle 1984, s. 46 – 47.
Poznámky
Appendixy
Autorské poznámky
Antonín
Jabor
.