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无处不在的“渗透压”与海水脱盐淡化

发表时间:2020/12/22 00:43:43  作者:刘文俊  浏览次数:4914  
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首先给大家讲一个专业术语:渗透压,一句话描述原理就是:为了阻止水分子会从低浓度(渗透压低)的液体渗透到高浓度(渗透压高)的液体而在高浓度液体一侧施加的最小额外压强叫渗透压。
以下是一个渗透压的简单实验:
实验过程:将萝卜切成两块,在切开地方的上方2cm处系上绳子,把萝卜分别放入2个杯子,切面朝下,一个倒入500ml清水,一个倒入500ml盐水,24小时后,观察结果。
实验结果:盐水的渗透压高,萝卜中的水份会流失到盐水杯中,因此杯中水会增加;脱水后的萝卜会变软;清水的渗透压低,清水会渗入萝卜中,因此杯中水会减少。

无处不在的“渗透压”

提起“渗透压”也许你觉得生疏的很,可实际上我们几乎天天都在应用它接触它!比如:夏天在高温环境中工作的人被劝告多喝淡盐水。这为什么呢?这些就是渗透压!都是“渗透压”在起作用。我们知道,很多溶质都可溶解于水分,溶质微粒都会对其周围的水分产生一定的吸引力,这种吸引力就叫“渗透压”。上面说的高温大出汗,汗水本身就有咸味带走了过多体内的盐分,人体渗透压可能失去平衡(失调脱水),就需要补充盐水。再比如我们吃东西如果吃咸了,也就是盐份过高了,进食后使身体渗透压提高,通过神经反射报告给大脑于是就会感到很口渴,……。可以说,人和所有生物一样,无时无刻不和渗透压打交道,甚至可以说,没有渗透压,人和所有生物就不可能存在

在医院给病人输液,一般最常用的基液是0.9%的生理盐水(把0.9克食盐溶到100毫升蒸馏水中),另一部分才是治病的药物加到基液当中。为什么输液基液要用0.9%的生理盐水呢?这也涉及到渗透压的问题。只有与人体血浆具有相近渗透压的溶液,才可以作为静脉注射的基液。临床上,只要渗透浓度在280mmol/L-320mmol/L(毫摩尔/升,下同)范围内的溶液,就被称为等渗溶液。人体中的血浆、胃液、胰液、肠液、胆汁、脊髓液、泪液等的渗透压大致相等,它们都是等渗溶液。一般情况下,正常人血浆的渗透浓度为303.7mmol/L,而0.9%生理盐水的渗透浓度为308mmol/L,与一般正常人的血浆渗透浓度最接近,所以才用0.9%的生理盐水。

海水脱盐淡化

受到海水动物特有的细胞半渗透黏膜机制的启发,人们研制出反渗透海水脱盐淡化装置。其中一个关键的材料便是对物质通过具有选择性功能的半透膜。海水淡化所应用的半透膜允许水分子通过,但不允许离子(例如Na+,Mg2+,Cl-等)或较大分子(例如葡萄糖,尿素等)通过。这样在海水淡化的同时,也起到了水质净化的作用。

如果对海水施加大于渗透压的外加压力,此时海水中水分会反向通过渗透膜,而盐分则被半透膜阻隔无法通过。通过这个反渗透过程,半透膜的另一侧便能收集到淡化的海水。半透膜对盐的截留率可达到98%以上,我国的第一座反渗透海水淡化工程是1985年1月16日在西沙群岛永兴岛建成的,产淡化水可以达到两百吨。

当位于半透膜两侧的水溶液浓度不同时,在浓度梯度的作用下,低浓度溶液中的水会自发地通过半透膜渗透到高浓度溶液一侧,这便是渗透过程。此时,两侧液面开始产生高度差,液面高度差产生的压力会阻碍渗透过程的再进行。当高浓度溶液一侧的液面不再升高,两侧溶液达到渗透平衡,此时,高度差产生的额外压力便是渗透压

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