渗透作用习题浅析

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1、渗透作用习题浅析有这样一道关于渗透作用问题的习题：把体积和浓度均相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液用半透膜隔开（如1所示），在下列条件下，经过一段时间后，半透膜两侧溶液的液面高低情况是：图11．当半透膜只允许水分通过时；2．当半透膜允许水分子和葡萄糖分子通过时；3．当半透膜允许水分子和蔗糖分子通过时。要解答这类有关渗透作用的问题，首先要弄清影响溶剂（如水）通过半透膜运动总趋势的主要因素有哪些。这就涉及到水势等相关的几个概念，而对这几个概念的理解又很容易出现偏差。植物生理学上一般以水势（单位是压力单位）的大小来指示水分子运动的方向和限度。从质的方面看，水势就是1mol溶液中水

2、的自由能（可用于做功的能量）。从量的方面看，一定条件下一个系统的水势等于1mol该溶液中水的自由能减去1mol纯水的自由能。由于水势不易测定，人们就把纯水的水势定为零。因此任何溶液，由于溶质的存在会降低溶液中水的自由能，故水势都会小于纯水的水势而呈负值。溶液浓度越大，水势就会越低，水分就会顺着水势梯度由高处向低处流动。一个生活着的成熟植物细胞，其水势由三部分组成：水势（－）＝渗透势（－）＋衬质势（－）＋压力势（＋）。前两者是细胞吸水的动力，后者则是细胞水分外渗的力量。渗透势亦称溶质势，是指由于溶质的存在而使水势的降低值。渗透势越低，水势也就越低，溶剂分子（如水）通过

3、原生质层（可近似看作半透膜）渗透进入细胞的压力——渗透压也就越大，或者说该细胞的吸水能力也就越强。衬质势是指由于胶体物质的亲水性（束缚一定的水分）而引起的水势降低值。而压力势则是由于细胞吸水膨胀对细胞壁产生的压力——膨压的反作用力，即细胞壁的伸缩性对细胞内容物产生的静水压力，是水势的增加值。在已形成液泡的细胞中，亲水胶体已被水馆和，衬质势的绝对值很小，相对于绝对值较大的水势而言可忽略不计，因此成熟植物细胞的水势（－）＝渗透势（－）＋压力势（＋），或表述为细胞吸水的潜在能力（＋）＝渗透压（＋）＋膨压（－）。由此可见，渗透势或渗透压是影响细胞吸水的一个重要因素。必须知道

4、的是，渗透势或渗透压是一切溶液所固有的一种特性，是由于溶质的存在而造成的。它们的大小决定于单位体积溶液中溶质分子或颗粒数目的多少（即溶质的量的浓度大小），而与溶质的种类、分子或颗粒的大小无关（包括电解质离解出来的离子、非电解质分子、胶体蛋白质类的大分子等）。溶液中溶质的分子或颗粒数目越多，溶液的渗透势就越低（绝对值越大），相应水势也就越低。或者说形成的渗透压就越大，细胞或系统的吸水能力就越强。如果溶液中含有多种溶质，则其溶液的渗透势或渗透压，是各种渗透势或渗透压的总和。现在我们可以来分析解答本文开始时提出的问题了。要判断由半透膜隔开形成的两个系统间的水分（或其他溶剂

5、）流向，就要比较两系统水势的高低或吸水能力的大小。由于溶液中无亲水胶体，所以衬质势可不考虑。刚开始时在两系统产生的静水压力又近似相等时，实际上就是比较两系统渗透势或渗透压的大小了。已知两侧体积相等（V），在条件1时，由于只有水分子可透过半透膜，所以甲图半透膜两侧溶液中溶质的量（）分别为：。，即左侧溶液中溶质分子数多于右侧，左侧渗透势较低，渗透压较大，即左侧水势低，吸水能力强，水分子移动的总趋势为右→左。经过一段时间后，随着左侧液面的升高，左侧水势在升高，而右侧则在下降，当左右两侧水势相等，水分通过半透膜呈动态平衡时，左侧液面就不再升高了。或者说随着左侧液面升高，左侧

6、渗透压在下降，而膨压却在上升，当两者相等时，左侧系统的吸水力为零，液面也就不再上升了。而乙图，所以两侧液面不会发生变化。现在不少教学资料都认为，由于蔗糖分子的体积较大，固而形成的渗透压也较大，水分会从左侧进入右侧，右侧液面会升高。这是由于对渗透势和渗透压的形成原因的理解出现了偏差所致。对于如此稀的溶液溶质分子的大小更是不必考虑了。在条件2中，半透膜两侧溶质的量的浓度只取决于不能透过半透膜的蔗糖浓度（葡萄糖能透过可视作“溶剂”）。在甲图中，开始时同条件1，左侧液面升高；一段时间后，因两侧葡萄糖浓度相等，所以，水分又从左向右流动。即两侧液面的变化情况是：开始为左高右低，

7、经一段时间后为右高左低。乙图开始时，经一段时间后，，水分从左向右流动，故右侧液面升高。不同于条件1的是，最后半透膜两侧的溶液溶质的量的浓度是不可能相等的，而是两侧的水势相等［渗透势（－）与压力势（＋）的和两侧相等］，或者说两侧的吸水力均为零［渗透压（＋）与膨压（－）的和两侧均为零］。条件3分析同2，结果是两图均为左高右低。下面两道题也是有关渗透作用问题的习题，供练习参考。题1如图2，容器A中含蔗糖，尿素；容器B中含蔗糖，尿素。AB间隔一层半透膜。在下列情况下，哪边液面高？图2（1）半透膜只允许水分子通过；［简析：AB．故B液面较高］。（2）半透膜允许水分子和尿素