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跨半透膜的渗透如何工作

一只容器被半透膜分成两半,只有水能穿过去。于是水不断从稀的一侧漂向浓的一侧——橙色溶质颗粒留在原地, 蓝色箭头表示这股水的净流动,直到浓侧升高的液位把它顶回平衡。

渗透 · 水穿过半透膜 水的净流动朝向浓度更高的一侧 半透膜 稀溶液 溶质颗粒少 浓溶液 溶质颗粒多 溶质颗粒(无法穿过) 水的净流动 液位升高 橙点 = 溶质颗粒 · 蓝箭头 = 水的净流动 · 虚线 = 半透膜
发生的顺序 两种浓度 → 只有水能过 → 流向浓侧 → 液位升高 → 达到平衡
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详细说明

什么是渗透?

渗透是水穿过半透膜、从较稀的溶液移向较浓溶液的过程。膜的孔隙很小,水分子能钻过去,较大的溶质颗粒却过不去,于是两侧的表现截然不同。

在这张图上,左半是稀溶液——以水为主,只带少量橙色颗粒;右半则挤满溶质颗粒。一条半透膜把它们分开。

怎么读这张图

蓝色虚线箭头表示水的净流动方向,自左向右穿过半透膜。红色虚线标出两个液面:稀的一侧更低,浓的一侧已经升高。橙色圆点就是被膜挡住的溶质颗粒。

为什么重要

渗透让水在一切生物体内持续流动:把水拉进植物根系、维持细胞内液体的平衡,也是水过滤和海水淡化的动力。只要两种浓度不同的溶液隔着膜相遇,水就开始朝更浓的一侧漂移。

部件及其作用

1. 两种浓度不同的溶液

稀的一侧以水为主、溶质颗粒很少;浓的一侧则挤满颗粒。正是这个颗粒数量的差别,构成了渗透发生的全部原因。

2. 膜只让水通过

半透膜的孔隙小到只容水分子通过,溶质颗粒钻不进去。所以水可以两个方向穿膜,颗粒却只能困在自己这一侧。

3. 水来回穿膜,但两边的量并不相等

水分子时时刻刻都在两个方向穿过膜。可在浓的一侧,溶质颗粒占去了空间,能溜出去的水分子就更少。于是从稀侧流出的水,比流回来的更多。

4. 净流动指向浓侧

由于稀侧失去的水多于得到的水,水便持续朝浓侧移动,正如蓝色箭头所示。颗粒跟不上水的脚步,浓侧于是只增水、不增颗粒。

5. 液位升高,把水顶回去

水在浓侧越积越多,液位随之升高。越高的液柱向下压得越狠,直到它把水顶回膜另一侧的速度,与水流过来的速度一样快。此时两个方向的水流相等,液位不再上升——尽管两侧的浓度仍然不同。

什么是渗透?

渗透是水穿过半透膜、朝溶质更多的一侧移动。只有水能穿过,溶质颗粒留在原处,所以浓度更高的一侧不断得到水,液位也随之升高。

水为什么会流向浓度更高的一侧?

两侧都有水想要穿膜,但挤满溶质的一侧留给水的空间更小,能跑出去的水分子就更少。于是稀的一侧失去的水比得到的水多,水就朝浓度更高的一侧净流动。

溶质颗粒能穿过膜吗?

不能。半透膜允许小分子的水通过,却挡住较大的溶质颗粒。正是这一点让两侧表现不同,并把水流推向同一个方向。

渗透什么时候停止?

当浓侧高出液面产生的压力,正好能顶回溶质施加的吸引时,渗透就停下。此时两个方向的水流相等,尽管两侧浓度仍然不同。

什么是渗透压?

渗透压是指为了阻止水继续流向浓侧所需的额外压力。溶质颗粒越多,它越大——所以很咸或很甜的水能更用力地把水从膜另一侧拉过来。

常见误区

渗透是盐或糖穿过膜。 听起来像是溶质颗粒被带着穿了过去。
只有水穿过去,颗粒留在原处。 膜挡住了溶质颗粒,真正移动的只有水。
水是因为浓侧“吸”才流过去的。 看上去像是更浓的溶液在把水吸进去。
水是因为浓侧放走的水更少才流过去。 水两个方向都在穿膜,只是浓侧放走的水更少,所以净漂移指向它。
渗透停止时两侧浓度变得相同。 似乎两侧溶液最后一定会一样浓。
浓度仍然不同,只是液位达到平衡。 渗透是在升高液柱顶回的力度与溶质拉力相等时停下,而不是浓度相等时。
免责声明:本图解为教学目的做了大幅简化,真实系统变量与复杂度远超此处。不可用于工程生产用途,也不构成金融、政治或专业建议。