半透膜和渗透作用

1748年的一天，法国物理学家诺勒为了改进酒的制作水平，设计了这样一个试验：在一个玻璃圆筒中装满酒精，用猪膀胱封住，然后把圆筒全部浸在水中。当他正要做下一步的工作时，突然发现，猪膀胱开始向外膨胀，随即发现水通过膀胱渗透进了圆筒，最后膀胱竟然被撑破。这是现代科学试验中最早发现膜及膜的穿透作用的记录。

膀胱壁是由薄的上皮细胞和平滑肌细胞组成。是生物膜成分。在晾晒后其膜上可出现微小的孔道，可阻挡大分子而透过小分子，可作为半透膜使用。

膀胱在体内并不起半透膜的作用。只是人们发现膀胱壁经过干燥处理以后可以当做半透膜来使用而已。

半透膜是透过物质具有选择性的薄膜。一般只允透过溶剂或小分子溶质，而不允许透过大分子溶质。如玻璃纸只允许蔗糖溶液中的水透过，而蔗糖分子不能透过；动物的膀胱允许水透过，而不允许酒精分子过；灼热的钯或铂允许氢透过，而氩分子不能透过。半透膜可用多种高分子材料制成，用以分离不同分子量的物质。

西红柿拌白糖，就会出很多的汁。是西红柿细胞里的水渗透到细胞外面去了。

下面的实验，如果A侧B侧都放清水，中间的虚线是半透膜。A侧的水可以到B侧，B侧的水可以到A侧。

两边的水面是平齐的，因为互相透过的水分子是一样多的。

我们把水分子或其他的溶剂分子，通过半透膜的扩散，叫做渗透作用。

下面实验，左边蔗糖溶液，右边清水，放置一段时间后，左边液面上升，右边下降，因为右边水分子过来的多，左边水分子过去的少。

因为两边有浓度差，造成两边的水分子透过的数量就不相等，引起液面不相等。浓度差越大，则液面相差的越大。

如果AB两侧放置相同浓度的蔗糖溶液，则液面也不会发生变化。如果中间是纱布，不能过滤蔗糖分子，也不会出现液面差。

所以发生渗透作用的条件，是有半透膜和半透膜两侧的溶液有浓度差。

渗透压

恰好能阻止渗透发生的施加于溶液液面上方的额外压强称为渗透压力（简称渗透压）。

对于两侧水溶液浓度不同的半透膜，为了阻止水从低浓度一侧渗透到高浓度一侧而在高浓度一侧施加的最小额外压强称为渗透压。

我们知道浓度差会引发渗透作用，但如果在浓度高的一侧，施加额外压力，增加浓度低的那边的水分子过来的难度，就不会发生渗透，半透膜两边的溶液继续保持平衡。

或者认为，在浓度稀的一侧，存在一个同样大小的压力，使水分子通过半透膜像浓度高一侧移动。

这个不是真正的压强，而是阻止渗透流可能需要的压强，即系统达到平衡所需要的压强差。

渗透压是溶液本身的一种性质，所谓溶液渗透压，简单来说，是指溶液中溶质微粒对水的吸引力。溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目及环境温度，溶质微粒越多，即溶液浓度越高，对水的吸引力越大，溶液渗透压越高；反过来，溶液微粒少，即溶液浓度越低，溶液渗透压越低。常用mol/L或mmol/L或kPa表示。mmol表示毫摩尔。

血浆渗透压的大小主要与无机盐、蛋白质的含量有关。在组成细胞外液的各种无机盐离子中，含量上占有明显优势的是Na+和Cl-，细胞外液渗透压的90%来源于Na+和Cl-。在37℃时，人的血浆渗透压约为770KPa，相当于细胞内液的渗透压 。

血浆的渗透压与0.9%的NaCl溶液或5%的葡萄糖溶液的渗透压大致相等，故0.9%的NaCl溶液或5%的葡萄糖溶液为血浆的等渗溶液，前者又叫生理盐水。凡高于0.9%的NaCl溶液者称为高渗溶液，低于这则成为低渗溶液。

血浆渗透压有两部分构成：一部分是血浆中的无机盐、葡萄糖、尿素等小分子晶体物质形成的血浆晶体渗透压；另一部分是血浆蛋白等大分子物质所形成的血浆胶体渗透压。由于血浆中小分子晶体物质非常多，因此血浆渗透压主要是晶体渗透压。

如果红细胞在纯水中，阻止水进入细胞的压强为300pa，假设细胞直径10μm，对细胞来说有多大呢？代入估算的p 得到Σ=10－5m×300pa/2=1.5×10－3Nm－1。这个力足够撕开真核细胞，将细胞摧毁。所以你不能用纯水来稀释红细胞，这样他们会爆裂，即溶胞。

植物细胞以渗透吸水为主，其动力就是渗透压。

1877年德国植物学家弗菲尔（Pfeffer）根据其实验数据发现两条规律：

（1） 在温度一定时，溶液的渗透压力与溶液的浓度成正比

（2） 在浓度一定时，溶液的渗透压力与热力学温度成正比 

1886年荷兰理论化学家范特霍夫（van't Hoff）根据实验数据得出规律，并从理论上推导出难挥发非电解质稀溶液的渗透压力与溶液浓度和热力学温度的关系为：

上式称为范特霍夫公式，也叫渗透压公式。

c为摩尔浓度，单位：mol/L，也可以算作C=n/V（物质的量(mol)/体积(L)）。

R为理想气体常数，当π的单位为kPa，V的单位为升（L）时，R值为8.314J·K-1·mol-1。

T为热力学温度，单位：K（开尔文），与摄氏度的换算关系是 T(K) = 273+T(C)，例：25摄氏度=298开尔文。

范特霍夫公式表示，在一定温度下，溶液的渗透压与单位体积溶液中所含不能通过半透膜的溶质的粒子数（分子数或离子数）成正比，而与溶质的本性无关。稀溶液中渗透压与溶液的浓度和温度成正比，它的比例常数就是气体状态方程式中的常数R。忽略溶质分子的相互作用。

原理为将溶液和水置于U型管中，在U型管中间安置一个半透膜，以隔开水和溶液，可以见到水通过半透膜往溶液一端跑，若于溶液端施加压力，而此压力可刚好阻止水的渗透，则称此压力为渗透压，渗透压的大小和溶液的质量摩尔浓度、溶液温度和溶质解离度相关，因此有时若得之渗透压的大小和其他条件，可以反推出大分子的分子量。

范特霍夫因为渗透压和化学动力学等方面的研究获得第一届诺贝尔化学奖。

参考：

1，百度百科

半透膜_百度百科 (baidu.com)、

2，膀胱是半透膜吗

为什么说膀胱是一个半透膜_百度知道 (baidu.com)

3，渗透作用实验

渗透作用实验_腾讯视频}

4，细胞外液渗透压

细胞外液渗透压_百度百科 (baidu.com)

5，渗透压

渗透压_百度百科 (baidu.com)