Smrt žízní - osmotický tlak

Trosečník plující na prámu na volném moři může zemřít žízní. Kolem sebe má sice moře vody, ale ta je slaná. Proč slaná voda neuhasí jeho žízeň?

Mezi tkáněmi existují zvláštní membrány, které mají schopnost propouštět molekuly vody, aniž přitom propouštějí molekuly látek, které jsou ve vodě rozpuštěny. Vlastnosti těchto membrán jsou příčinou fyzikálního jevu - osmózy.

Kdybychom třeba přehradili touto polopropustnou blánou trubici tvaru písmene U a do jednoho z ramen nalili roztok a druhého ramene stejné množství vody, zjistíme, že rovnováha jejich hladin se ihned mění. Hladiny se po chvíli ustálí v obou ramenech U-trubice v nestejných výškách. V rameni, kde byl původně roztok se hladina zvýší, protože voda oddělená polopropustnou membránou má snahu zředit roztok v tomto rameni. Nastala osmóza. Výškový rozdíl obou hladin charakterizuje osmotický tlak.

Co způsobuje tento osmotický tlak? V rameni U trubice, kde je voda působí právě voda svým tlakem. V rameni, kde byl roztok se celkový tlak skládá z tlaku vody a z tlaku rozpuštěné látky. Ramena trubice jsou vlastně spojené nádoby jen pro vodu, takže rovnováha hladin se může ustálit v nestejné výšce nikoli, když se tlak v pravé části rovná tlaku v levé části trubice, ale jen tehdy, když se tlak čisté vody rovná "vodní" části tlaku roztoku. Takto vzniklý rozdíl celkových tlaků je roven tlaku rozpuštěné látky. Uvedený "nadbytek" tlaku je osmotický tlak. Osmotický tlak se rovná tlaku, který by měla rozpuštěná látka, kdyby byla plynem ve stejném objemu. Není tedy divu, že osmotický tlak nabývá obrovských velikostí.

Například osmotický tlak, který vznikne v jednom litru vody po rozpuštění 20 g cukru je tak velký, že by jej v pokuse s polopropustnou blánou vyvážil sloupec vody vysoký 14 m. Cukr (C₁₂H₂₂O₁₁) má relativní molekulovou hmotnost 342, takže v litru vody je 20/342 molů cukru. Na jeden mol cukru připadá objem 342/20 = 17,1 litru. Avšak při teplotě 0°C tlaku 1 atm zaujímá jeden mol objem 22,4 litru. Podle zákonů pro ideální plyny by se tlak tohoto množství cukru, pokud by byl plynem, rovnal při teplotě 0°C 22,4/17,1 atmosférám a při pokojové teplotě 20 °C pak: (22,4/ 17,1) . (293/273) = 1,4 atmosférám což je právě hydrostatický tlak 14 m vysokého slupce vody. 

Osmotický tlak rozhoduje i v případě zmiňovaného trosečníka pijícího slanou vodu. Jeho ledviny nemohou vylučovat moč s osmotickým tlakem, který je větší než tlak v tkáních organismu. Proto organismus, který přijal slanou mořskou vodu, nejenže ji neodevzdá tkáňovým tekutinám, ale naopak vyloučí s močí vodu, odňatou tkáním.