Zanim wytłumaczymy istotę działania osmozy naturalnej i odwróconej opiszemy budowę półprzepuszczalnych błon osmotycznych (w technice: membran), bez których zjawiska te nie miałyby miejsca.
Półprzepuszczalne błony osmotyczne występujące w naturze, to bardzo cienkie materiały o wyjątkowo małej porowatości. Otóż pory takich błon posiadają wielkość około 0,0001m. Dużo to czy mało? Przypomnijmy sobie, że 1 mm jest 1000 razy większy od mikrometra (m) co oznacza, że pora błony osmotycznej jest 10 000 000 razy mniejsza od jednego milimetra. Natura miała swój powód, aby stworzyć błony o takiej właśnie porowatości, bowiem podobną wielkość ma cząsteczka wody – H2O.
Zatem, jeśli chcielibyśmy z cząstek wody ułożyć szereg długości 1 mm, to musielibyśmy ułożyć 10 000 000 takich cząstek:
Rys. 1. Jak mała jest cząstka wody.
Średnia bakteria jest większa od cząsteczki wody 5000 razy, natomiast średni wirus – 2000 razy.
Rys. 2. Porównanie pory membrany osmotycznej z bakterią i wirusem.
OSMOZA NATURALNA
Z półprzepuszczalnych błon osmotycznych zbudowane są ścianki komórek ludzkich i zwierzęcych, błony takie mają swoje miejsce w naszych jelitach, w korzeniach roślin i wielu innych miejscach życia biologicznego. Ale chcemy przecież dowiedzieć się do czego te błony służą. Okazuje się, że jeśli błona osmotyczna rozdzieli dwa różnie stężone roztwory wodne wówczas dzięki zjawisku osmozy naturalnej dojdzie do zrównania tych stężeń poprzez, nietypowe dla innych zjawisk fizycznych, wymieszanie się tych roztworów. Dlaczego nietypowe? W tym miejscu należy zauważyć, że zdecydowana większość związków chemicznych, które rozpuszczają się w wodzie, to związki zdecydowanie większe od cząstki H2O. Cząsteczka wody zbudowana jest z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu, gdzie wodór jest przecież najmniejszym atomem, jaki znamy w przyrodzie, a tlen jest również niewiele większy. Dlatego jest ona niemal zawsze mniejsza od pierwiastków oraz związków w niej rozpuszczonych. Oznacza to, że rozpuszczone w wodzie związki mają mniejsze szanse przedostać się przez błonę, z kolei łatwo przechodzą przez nią cząsteczki wody. W przypadku rozdziału błoną osmotyczną dwóch różnie stężonych roztworów wodnych pojawią się odpowiednie siły (ciśnienie osmotyczne), które spowodują ruch wody z roztworu mniej stężonego (woda czysta)do roztworu gęstego (woda brudna).
Rys. 3. Jak działa osmoza naturalna.
Występowanie osmozy naturalnej w przyrodzie zauważono już ponad 200 lat temu. Przez wiele lat czyniono próby wytworzenia sztucznie błony osmotycznej. Pierwsze membrany, produkowane z materiałów celulozowych (symbol techniczny CTA), okazały się mało trwałe i dopiero odkrycie w roku 1952 membran poliamidowych (symbol techniczny TFC) wywołało rewolucję w dziedzinie oczyszczania wody metodą osmozy odwróconej.
OSMOZA ODWRÓCONA
Efektem osmozy naturalnej jest wyrównywanie stężeń dwóch różnych roztworów, czyli inaczej wymieszanie się wody bardziej i mniej zabrudzonej. Ale nam, technikom oczyszczania wody pitnej, zależy na tym, aby z wody brudnej odzyskać wodę czystą, a efekt taki możemy uzyskać poprzez pokonanie ciśnień osmotycznych występujących w osmozie naturalnej. Jeśli to uczynimy, to spowodujemy ruch wody z roztworu bardziej stężonego (woda brudna) do roztworu o stężeniu mniejszym (woda czysta). Błony osmotyczne wytwarzane sztucznie nazywa się w technice membranami.
Rys. 4. Jak działa osmoza odwrócona.
Źródło:
www.stow-czystawoda.pl