פעפוע ואוסמוזה.

טיפה שמתפשטת מעצמה

טפטפו צבע מאכל לכוס מים שקטה וחכו. אף אחד לא בוחש, ובכל זאת הצבע זוחל החוצה עד שכל הכוס צבועה באופן אחיד, ובמים חמים זה קורה מהר יותר מאשר בקרים.

זה פעפוע (דיפוזיה): חלקיקים מומסים שמתפזרים ממקום שבו הם צפופים למקום שבו הם מעטים. שום דבר לא דוחף אותם. כל מולקולה בנוזל מקבלת כל הזמן דחיפות מהשכנות שלה ומשוטטת במסלול אקראי של זיגזג, בלי לנוע לשום מקום מסוים.

צעדים אקראיים, תוצאה בכיוון אחד

אם כל מולקולה נעה באקראי, למה הצבע תמיד רק מתפזר החוצה? בגלל המספרים. איפה שהמולקולות צפופות, רבות מהן משוטטות במקרה החוצה; איפה שהן מעטות, מעטות משוטטות במקרה בחזרה. ההפרש הוא זרימה נטו מריכוז גבוה לריכוז נמוך, והיא נעצרת רק כשהתערובת אחידה. גם אז המולקולות ממשיכות לנוע; הן פשוט חוצות בשני הכיוונים באותה מידה.

חום גורם למולקולות להידחף חזק יותר ולמים להיות דלילים יותר: סוכר מפעפע ב־50 °C מהר בערך פי שניים מאשר ב־20 °C. פעפוע מהיר במרחקים זעירים ואיטי להחריד במרחקים גדולים: מולקולת סוכר חוצה תא בערך בעשירית שנייה, אבל צריכה בערך יום כדי לשוטט סנטימטר אחד בלבד. בעלי חיים גדולים צריכים לב כדי להוביל חומרים למרחקים גדולים יותר.

חומה עם דלתות קטנות

כל תא עטוף בקרום, שכבה דקה בעובי שתי מולקולות של פוספוליפידים שומניים: הראשים אוהבי המים שלהם פונים החוצה, והזנבות השמנוניים מקופלים פנימה. מים חומקים דרכו, בעזרת תעלות חלבון, אבל סוכר והיונים הטעונים של המלח נשארים ברובם בחוץ. קרום כזה נקרא קרום בררני.

אוסמוזה: המים הולכים אחרי החלקיקים המומסים

עכשיו שימו קרום בררני בין מים טהורים למי סוכר. הסוכר לא יכול לעבור, אבל המים יכולים, והם עוברים בשני הכיוונים. בצד הממותק חלק מהמקום שליד הקרום תפוס בסוכר, שגם נאחז במולקולות מים, ולכן מהצד הזה עוברות קצת פחות מולקולות מים. התוצאה נטו היא שהמים עוברים אל תמיסת הסוכר, והמפלס שלה עולה. זו אוסמוזה: פעפוע של מים דרך קרום, אל הצד שיש בו יותר חלקיקים מומסים.

נסו: קבעו את קרום על רק מים עוברים ואת הצד הימני על מים טהורים, וצפו בצד השמאלי מתמלא. אחר כך בחרו סוכר יכול לעבור: עכשיו הסוכר הוא שמתפזר, והמפלסים נשארים במקומם. בחרו פועל תחת הצגת המולקולות כדי לראות את חצי הזרימה נטו.

חזרה לניסוי ↑

תאים על כף המאזניים

בחרו תא דם אדום. התמיסה שמסביב לתא נקראת איזוטונית כשיש בה אותו ריכוז של חלקיקים מומסים כמו בתוך התא, היפוטונית כשיש בה פחות, והיפרטונית כשיש בה יותר. במים טהורים התא קולט מים עד שהוא מתפוצץ; במים מלוחים יותר מהדם הוא מאבד מים ומצטמק לכדור קוצני. זו הסיבה שבעירויים בבתי חולים משתמשים בתמיסת מלח בריכוז זהה לזה של הדם.

זה גם מסביר למה מי ים משאירים אתכם צמאים יותר. במי ים יש יותר מפי שלושה חלקיקים מומסים מאשר בדם. הכליות שלכם לא יכולות לייצר שתן מלוח מספיק כדי להיפטר מהמלח הזה בלי לבזבז יותר מים ממה ששתיתם, ולכן בסופו של דבר התאים שלכם מאבדים מים. צמחים משתמשים באוסמוזה בכיוון ההפוך: המים שנמשכים לתוך התאים שלהם לוחצים החוצה על דפנות תא קשיחות, ושומרים על הגבעולים זקופים. בלי מספיק מים הלחץ הזה יורד, והצמח נובל.

מה המודל הזה משמיט

הסצנה מראה כמה מאות מולקולות, בעוד שבטיפה אמיתית יש טריליוני טריליונים. אוסמוזה אמיתית דרך קרום התא מונעת גם על ידי לחץ, ולא רק על ידי מעברים אקראיים, והדחיפה יכולה להיות עצומה: תמיסה בריכוז של דם יכולה, עקרונית, להחזיק עמוד מים בגובה של יותר משבעים מטרים. המכל מתעלם לגמרי מהלחץ הנגדי הזה. נפח תא הדם האדום מציית לקשר מקובל מספרי הלימוד, אבל תאים אמיתיים גם שואבים יונים, ונבדלים זה מזה במידה שבה הם נמתחים לפני שהם מתפוצצים.