Osmotska koncentracija

Osmotska koncentracija, prethodno zvana osmolarnost,^[1] je mjera koncentracije, rastvora, definirana kao broj osmola (Osm) rastvorene supstance po litru (L) rastvora (osmol/L ili Osm / L). Osmolarnost rastvora obično se izražava kao Osm/L (izgovara se osmolar), na isti način na koji se molarnost rastvora izražava kao "M" (izgovara se molar). Dok molarnost mjeri broj molova rastvorene supstance po jedinici zapremine rastvora, osmolarnost mjeri broj osmola čestica rastvorene supstance po jedinici zapremine rastvora.^[2]

Ova vrijednost omogućava mjerenje osmotskog pritiska rastvora i određivanje načina na koji će se rastvarač difuzno širiti kroz polupropusnu membranu (osmoza), razdvajajući dva rastvora različite osmotske koncentracije.

Jedinica

Jedinica osmotske koncentracije je osmol. Ovo je mjerna jedinica koja nije u sistemu SI, a definira broj molova rastvorene supstance koja doprinosi osmotskom pritisku rastvora. Miliosmol ( mOsm) je 1/1 000 osmola. Mikroosmol (μOsm) (takođe se piše mikro-osmol) iznosi 1/1,000.000 osmola.

Tipovi rastvorenih tvari

Osmolarnost se razlikuje od molarnosti jer mjeri osmole čestica rastvorene supstance, a ne molove rastvorene supstance. Razlika nastaje jer neki spojevi mogu disocirati u rastvoru, dok drugi ne mogu.^[2]

Ionski spojevi, kao što su soli, mogu se razdvojiti u rastvoru u svoje sastavne ione, tako da između molarnosti i osmolarnost rastvota ne postoji odnos 1:1. Naprimjer, natrij-hlorid (NaCl) razdvaja se na ione Na⁺ i Cl⁻. Dakle, za svaki 1 mol u rastvoru NaCl postoje 2 osmola čestica otopljene supstance (tj. 1 mol/L rastvor NaCl je 2 osmol/L rastvora NaCl). Na osmotski pritisak rastvora, utiču i natrijski i hloridni ioni.^[2]

Drugi primjer je magnezij-hlorid (MgCl₂), koji se razdvaja na ione Mg²⁺ i 2Cl^–. Na svaki 1 mol MgCl₂ u rastvoru postoje 3 osmola čestica rastvorene supstance.

Neionski spojevi se ne razdvajaju i čine samo 1 osmol rastvorene supstance na njen 1 mol. Naprimjer, 1 mol/L rastvora glukoze je 1 osmol/L.^[2]

Višestruki spojevi mogu doprinijeti osmolarnosti rastvora. Naprimjer, otopina od 3 Osm može se sastojati od: 3 mola glukoze ili 1,5 mola NaCl, ili 1 mol glukoze + 1 mol NaCl, ili 2 mola glukoze + 0,5 mola NaCl, ili bilo koja druga takva kombinacija.^[2]

Definicija

Osmolarnost rastvora, data u osmolima po litru (osmol/L), izračunava se iz sljedećeg obrasca

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

gdje

• φ = osmotski koeficijent, što objašnjava stupanj neidealnosti rastvora. U najjednostavnijem slučaju to je stepen disocijacije otopljene supstance. Tada je φ između 0 i 1, gdje 1 označava 100%-tnu disocijaciju. Međutim, φ može biti i veći od 1 (npr. za saharozu). Za soli, elektrostatski efekti uzrokuju da φ bude manji od 1, čak i ako se dogodi 100%-tna disocijacija (vidi Debye-Hückelova jednadžba);
• n = broj čestica (npr. iona) na koje se molekula disocira. Naprimjer: glukoza ima n = 1, dok NaCl ima n = 2;
• C = molarna koncentracija rastvorene supstance;
• i = indeks koji predstavlja identitet određene rastvorene tvari.

Osmolarnost se može izmjeriti pomoću osmometra koji mjeri koligativna svojstva, kao što su depresija tačke smrzavanja, pritisak pare ili povišenje tačke ključanja.

Osmolarnost nasuprot toničnosti

Osmolarnost i toničnost su povezani, ali različiti koncepti. Prema tome, termini koji završavaju na –osmotski (izosmotski, hiperosmotski, hiposmotski) nisu sinonimi za one koji završavaju na – tonični (izotonični, hipertonični, hipotonični). Pojmovi su povezani time što oba uspoređuju koncentracije rastvorene supstance u dva rastvora, razdvojena membranom. Pojmovi su različiti jer osmolarnost uzima u obzir ukupnu koncentraciju rastvorenih tvari i nepropustnih rastvorenih supstanci, dok toničnost uzima u obzir samo ukupnu koncentraciju rastvorenih tvari koje ne prodiru slobodno.^[2][3] Prodiruće rastvorne materije mogu se difundirati kroz ćelijsku membranu, uzrokujući trenutne promjene u zapremini ćelije, dok rastvorene supstance sa sobom povlače molekule vode. Neprodiruće rastvorne supstance ne mogu preći ćelijsku membranu; stoga se mora dogoditi kretanje vode kroz ćelijsku membranu (tj. osmoza) da bi rastvori dostigli ravnotežu.

Rastvor može biti i hiperosmotski i izotonični.^[2] Naprimjer, unutarćelijska i vanćelijska tečnost mogu biti hiperosmotične, ali i izotonična – ako se ukupna koncentracija otopljenih tvari u jednom odjeljku razlikuje od one u drugom, ali jedan od iona može preći membranu (drugim riječima, prodorni rastvor), povlačeći sa sobom vodu, uzrokujući tako neto promjenu zapremine rastvora.

Osmolarnost plazme nasuprot osmolalnosti

Osmolarnost plazme može se izračunati slijedećom jednadžbom:^[4]

Osmolarnost = osmolalnost * (ρ_sol− c_a)

gdje:

• ρ_sol = gustoća rastvora u g/ml, koja za ||krvna plazma|krvnu plazmu]] iznosi 1,025 g/ml;^[5]
• c_a = (bezvodna) koncentracija rastvorene supstance u g/ml – ne treba je miješati sa gustoćom osušene plazme;

Prema IUPAC-u, osmolalnost je količnik negativnog prirodnog logaritma racionalne aktivnosti vode i njene molarne mase, dok je osmolarnost proizvod osmolalnosti i masene gustine vode (poznate i kao osmotska koncentracija).

Jednostavnije rečeno, osmolalnost je izraz osmotske koncentracije rastvorene supstance po „masi“ rastvarača, dok je osmolarnost po „zapremini“ (dakle konverzija množenjem sa masenom gustinom rastvarača u otopini (kg rastvarača/litarski rastvor).

Jednostavnije rečeno, osmolalnost je izraz osmotske koncentracije rastvorene supstance po „masi“ rastvarača, dok je osmolarnost po „zapremini“ (dakle konverzija množenjem sa masenom gustinom rastvarača u otopini (kg rastvarača/litar rastvora)

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

gdje m_i = molarnost kompnente i.

Osmolarnost / osmolalnost plazme je važna za održavanje pravilne elektrolitske ravnoteže u krvotoku. Nepravilna ravnoteža može dovesti do dehidracije, alkaloze, acidoze ili drugih promjena opasnih po život. Antidiuretski hormon (vazopresin) dijelom je odgovoran za ovaj proces, kontrolirajući količinu vode koju tijelo zadržava iz bubrega prilikom filtriranja krvotoka.^[6]

Također pogledajte

• Molarnost
• Molalnost
• Toničnost

Reference

• D. J. Taylor, N. P. O. Green, G. W. Stout Biological Science

1. IUPAC goldbook
2. Widmaier, Eric P.; Hershel Raff; Kevin T. Strang (2008). Vander's Human Physiology, 11th Ed. McGraw-Hill. str. 108–12. ISBN 978-0-07-304962-5.
3. 1947-, Costanzo, Linda S. (15. 3. 2017). Physiology. Preceded by: Costanzo, Linda S., 1947- (Sixth izd.). Philadelphia, PA. ISBN 9780323511896. OCLC 965761862.CS1 održavanje: numerička imena: authors list (link)
4. Page 158 in:Martin, Alfred N.; Patrick J Sinko (2006). Martin's physical pharmacy and pharmaceutical sciences: physical chemical and biopharmaceutical principles in the pharmaceutical sciences. Phila: Lippincott Williams and Wilkins. ISBN 0-7817-5027-X.
5. Density of Blood The Physics Factbook. Edited by Glenn Elert. Retrieved on 26 Mars, 2009
6. Earley, LE; Sanders, CA (1959). "The Effect of Changing Serum Osmolality on the Release of Antidiuretic Hormone in Certain PAtients with Decompensated Cirrhosis of the Liver and Low Serum Osmolality". Journal of Clinical Investigation. 38 (3): 545–550. doi:10.1172/jci103832. PMC 293190. PMID 13641405.

Vanjski linkovi

• Information on osmotic concentration from IUPAC Gold Book
• Online Serum Osmolarity/Osmolality calculator Arhivirano 18. 1. 2021. na Wayback Machine