התפלה.

שלב 1 מתוך 5

המים זורמים לכיוון הלא נכון

כמעט כל המים על כדור הארץ נמצאים בים, ובכל ליטר מהם כ־35 גרם מלח מומס, בעיקר יוני נתרן וכלוריד. ביחידה על תמיסות למדנו שמלח מתפרק במים ליונים, וכל יון נעטף במולקולות מים. התפלה היא הוצאת המלח הזה. רוב המתקנים החדשים דוחפים מי ים דרך ממברנה שמעבירה מולקולות מים ועוצרת את המלח.

בסצנה מים מלוחים משמאל, מים מתוקים מימין, וממברנה ביניהם. עכשיו בוכנה לוחצת על המים המלוחים באיזון, והמפלסים עומדים. נבאו מה יקרה כשנוריד את לחץ על המים המלוחים לבלי לחץ.

שלב 2 מתוך 5

הלחץ האוסמוטי

הזרימה מהמים המתוקים אל המלוחים נקראת אוסמוזה. מולקולות מים עוברות בממברנה בשני הכיוונים כל הזמן, אבל בצד המלוח חלק מהמקום ליד הממברנה תפוס ביונים, שגם מחזיקים מולקולות מים קרוב אליהם. פחות מולקולות עוברות מהצד המלוח מאשר מגיעות מהצד המתוק, ולכן בסך הכול המים נעים אל המים המלוחים.

אפשר לעצור את הזרימה בלחיצה על המים המלוחים. הלחץ שעוצר אותה בדיוק הוא הלחץ האוסמוטי של התמיסה. מצאו אותו בעזרת לחץ על המים המלוחים.

שלב 3 מתוך 5

מים מלוחים יותר

הלחץ האוסמוטי גדל עם מספר החלקיקים המומסים: כל גרם מלח בליטר מוסיף כ־0.78 bar. בסצנה עכשיו תמלחת, 70 g/L, פי שניים ממי ים. איזה לחץ יעצור את הזרימה עכשיו?

שלב 4 מתוך 5

אוסמוזה הפוכה

כשלוחצים חזק יותר מהלחץ האוסמוטי, הזרימה מתהפכת: מים נסחטים מהמים המלוחים, דרך הממברנה, אל הצד המתוק, והיונים נשארים מאחור. זו אוסמוזה הפוכה, ובדרך הזאת מייצרים היום את רוב המים המותפלים בעולם, גם בישראל.

בסצנה מתקן למי ים, 60 bar. המים שנשארים מתחת לבוכנה מאבדים מים אבל שומרים את כל המלח, ולכן הם נעשים מלוחים יותר, והלחץ האוסמוטי שלהם עולה. כשהוא משתווה ללחץ של המשאבה, הזרימה נעצרת. איזה חלק ממי הים יוצא מתוק עד אז?

שלב 5 מתוך 5

הממברנה

הצגת המולקולות עומדת על פועל. בממברנה של אוסמוזה הפוכה אין חורים שאפשר לראות אפילו במיקרוסקופ טוב. השכבה הפעילה שלה היא סרט של פוליאמיד, פולימר שהשרשראות שלו קשורות זו לזו, בעובי של כעשירית אלפית המילימטר. הסתכלו איך מולקולות המים מתפתלות דרך הפולימר, ומה קורה ליונים.