滲透壓簡(jiǎn)介

對(duì)于兩側(cè)水溶液濃度不同的半透膜，為了阻止水從低濃度一側(cè)滲透到高濃度一側(cè)而在高濃度一側(cè)施加的最小額外壓強(qiáng)稱為滲透壓。滲透壓與溶液中不能通過(guò)半透膜的微粒數(shù)目和環(huán)境溫度有關(guān)。

恰好能阻止?jié)B透發(fā)生的施加于溶液液面上方的額外壓強(qiáng)稱為滲透壓力（簡(jiǎn)稱滲透壓） 。

1877年德國(guó)植物學(xué)家弗菲爾（Pfeffer）根據(jù)其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)兩條規(guī)律：

（1） 在溫度一定時(shí)，稀溶液的滲透壓力與溶液的濃度成正比

（2） 在濃度一定時(shí)，稀溶液的滲透壓力與熱力學(xué)溫度成正比

1886年荷蘭理論化學(xué)家范托夫（van't Hoff）從理論上推導(dǎo)出難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的滲透壓力與溶液濃度和熱力學(xué)溫度的關(guān)系為：

上式稱為范托夫公式，也叫滲透壓公式。

c為摩爾濃度，單位：mol/L，也可以算作C=n/V（物質(zhì)的量(mol)/體積(L)）。

R為理想氣體常數(shù)，當(dāng)π的單位為kPa，V的單位為升（L）時(shí)，R值為8.314J·K-1·mol-1。

T為熱力學(xué)溫度，單位：K（開(kāi)爾文），與攝氏度的換算關(guān)系是 T(K) = 273 T(C)，例：25攝氏度=298開(kāi)爾文。

范托夫公式表示，在一定溫度下，溶液的滲透壓與單位體積溶液中所含不能通過(guò)半透膜的溶質(zhì)的粒子數(shù)（分子數(shù)或離子數(shù)）成正比，而與溶質(zhì)的本性無(wú)關(guān)。

滲透壓解釋

所謂溶液滲透壓，簡(jiǎn)單的說(shuō)，是指溶液中溶質(zhì)微粒對(duì)水的吸引力。溶液滲透壓的大小取決于單位體積溶液中溶質(zhì)微粒的數(shù)目：溶質(zhì)微粒越多，即溶液濃度越高，對(duì)水的吸引力越大，溶液滲透壓越高；反過(guò)來(lái)，溶質(zhì)微粒越少，即溶液濃度越低，對(duì)水的吸引力越弱，溶液滲透壓越低。即與無(wú)機(jī)鹽、蛋白質(zhì)的含量有關(guān)。在組成細(xì)胞外液的各種無(wú)機(jī)鹽離子中，含量上占有明顯優(yōu)勢(shì)的是Na 和Cl^-，細(xì)胞外液滲透壓的90%以上來(lái)源于Na 和Cl^-。在37℃時(shí)，人的血漿滲透壓約為770kPa，相當(dāng)于細(xì)胞內(nèi)液的滲透壓。

滲透壓依數(shù)性質(zhì)

由于平衡滲透壓遵循理想氣體定律（稀溶液中忽略溶質(zhì)分子的相互作用），這個(gè)數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程在這里省略，最后可以得出范特霍夫關(guān)系：π=cRT（或π=kTN/V；N/V為分子數(shù)密度），從公式可知溶液的滲透壓只由溶質(zhì)的分子數(shù)決定，因而滲透壓也是溶液的依數(shù)性質(zhì)。這個(gè)關(guān)系給出的不是真正的壓強(qiáng)，而是阻止?jié)B透流可能需要的壓強(qiáng)，即系統(tǒng)達(dá)到平衡所需要的壓強(qiáng)差。

植物細(xì)胞以滲透吸水為主，其動(dòng)力就是滲透壓。那么滲透壓對(duì)細(xì)胞的世界究竟有多大意義呢？我們還必須拿具體的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明，假設(shè)細(xì)胞半徑為R，由于滲透壓膨脹變?yōu)镽 dR，這樣面積的增加為dA=8πRdR，其能量消耗為Σ×dA。如要讓細(xì)胞膨脹達(dá)到平衡，就是讓自由能pdV 等于表面張力，通過(guò)計(jì)算可以得到拉普拉斯公式：Σ=Rp/2。如果紅細(xì)胞在純水中，阻止水進(jìn)入細(xì)胞的壓強(qiáng)為300pa，假設(shè)細(xì)胞直徑10μm，對(duì)細(xì)胞來(lái)說(shuō)有多大呢？代入估算的p 得到Σ=10－5m×300pa/2=1.5×10－3Nm－1。這個(gè)力足夠撕開(kāi)真核細(xì)胞，將細(xì)胞摧毀。所以你不能用純水來(lái)稀釋紅細(xì)胞，這樣他們會(huì)爆裂，即溶胞。

排空效應(yīng)是疏水作用（疏水力實(shí)質(zhì)是熵和自由能的混合效應(yīng)）的理想情況，而滲透壓是使大分子產(chǎn)生這種排空力的原因。滲透壓可以看成單位體積內(nèi)的自由能變化。排空效應(yīng)是小顆粒能把大顆粒推到一起，以使小顆粒自身的熵最大，如果兩個(gè)表面精確匹配，則相應(yīng)的單位接觸面積上的自由能減少為ΔF/A=ckBT×2R，R 為小顆粒半徑（這里的c不是濃度是分子數(shù)密度）。

小顆粒能夠有效的幫助大分子找到彼此特異性識(shí)別位點(diǎn)，在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，常用血清蛋白（BSA）和聚乙二醇（PEG）充當(dāng)小顆粒，它們稱為阻塞試劑。比如他們可以幫助脫氧血紅蛋白和其他大蛋白粘在一起，溶解性降低10 倍；葡聚糖或PEG 能穩(wěn)定復(fù)合物不受熱分解，可以使DNA 溶解度增加若干；PEG 和BSA 還能使機(jī)動(dòng)蛋白絲自組裝速率或不同酶的活性增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)；在大腸桿菌DNA 復(fù)制系統(tǒng)中如果不加入阻塞試劑就不能工作。選擇何種阻塞試劑并不重要，關(guān)鍵是他相對(duì)組裝分子的尺度及數(shù)密度。這是無(wú)序狀態(tài)過(guò)程中同時(shí)驅(qū)動(dòng)的有序組裝，這個(gè)的有序是以更小顆粒更大的無(wú)序?yàn)榇鷥r(jià)的。

范特霍夫因?yàn)闈B透壓和化學(xué)動(dòng)力學(xué)等方面的研究獲得第一屆諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

1886年范特霍夫根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出一條規(guī)律：對(duì)稀溶液來(lái)說(shuō)，滲透壓與溶液的濃度和溫度成正比，它的比例常數(shù)就是氣體狀態(tài)方程式中的常數(shù)R。這條規(guī)律稱為范特霍夫定律。

原理為將溶液和水置于U型管中，在U型管中間安置一個(gè)半透膜，以隔開(kāi)水和溶液，可以見(jiàn)到水通過(guò)半透膜往溶液一端跑，若于溶液端施加壓力，而此壓力可剛好阻止水的滲透，則稱此壓力為滲透壓，滲透壓的大小和溶液的質(zhì)量摩爾濃度、溶液溫度和溶質(zhì)解離度相關(guān)，因此有時(shí)若得之滲透壓的大小和其他條件，可以反推出大分子的分子量。范特霍夫因?yàn)闈B透壓和化學(xué)動(dòng)力學(xué)等方面的研究獲得第一屆諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

• 滲透壓力：工程地質(zhì)學(xué)術(shù)語(yǔ)

• 滲透壓力：植物生理學(xué)術(shù)語(yǔ)

晶體滲透壓——維持細(xì)胞內(nèi)外水平衡

膠體滲透壓——維持血管內(nèi)外水平衡