การออสโมซิส ในชีวิตประจําวัน

การแพร่และการออสโมซิส

การแพร่ (diffusion)

การแพร่ เป็นการเคลื่อนที่หรือการกระจายอนุภาคของสารจากบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารมากไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารน้อย จนกว่าอนุภาคของสารจะมีความเข้มข้นเท่ากันทั้งสองบริเวณ หรือที่เราเรียกว่า สมดุลของการแพร่ การแพร่เกิดขึ้นกับสารทุกสถานะ ทั้งของแข็ง ของเหลว และแก๊ส อนุภาคของสารยังมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลาไม่หยุดนิ่งเพื่อรักษาความเข้มข้นให้เท่ากันตลอดเวลา การแพร่เกิดขึ้นได้ทุกทิศทาง ไม่แน่นอน เรียกว่า การเคลื่อนที่แบบบราวด์เนียน การแพร่ในชีวิตประจำวัน เช่น การแพร่ของด่างทับทิมในน้ำ การแพร่ของกลิ่นอาหาร การแพร่กระจายของน้ำหอม การฉีดพ่นยากันยุง การฉีดพ่นสารกำจัดศัตรูพืช การแช่อิ่มผลไม้ การจุดธูปบูชาพระ การแพร่แก๊สออกซิเจนเข้าสู่หลอดเลือด เป็นต้น

ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการแพร่

1. ความเข้มข้นของสาร บริเวณที่มีความเข้มข้นของสารแตกต่างกันมาก การแพร่จะเกิดได้เร็ว

2. ขนาดของอนุภาค สารที่มีขนาดของอนุภาคเล็ก จะเคลื่อนที่ได้ดี การแพร่จึงเกิดขึ้นได้เร็ว

3. อุณหภูมิ บริเวณที่ที่มีอุณหภูมิสูง อนุภาคของสารจะเคลื่อนที่ได้เร็ว มีพลังงานจลน์เพิ่มขึ้น การแพร่จึงเกิดขึ้นได้เร็ว

4. ความดัน ถ้ามีความดันมากจะช่วยให้การแพร่เกิดขึ้นได้เร็วขึ้น

5. สถานะ สารที่มีสถานะแก๊ส อนุภาคเป็นอิสระ มีแรงยึดเหนี่ยวน้อย จะเกิดการแพร่ได้เร็วกว่า รองลงไป คือ สถานะของเหลว และของแข็ง ตามลำดับ

6. ตัวกลาง ตัวกลางที่มีความหนืดสูงจะเกิดการแพร่ได้ช้า หรือถ้าตัวกลางที่มีอนุภาคอื่นเจือปนก็ทำให้การแพร่เกิดได้ช้า

7. ความสามารถในการละลายของสาร สารที่สามารถละลายได้ดี การแพร่จะเกิดได้เร็วกว่า

การแพร่ในพืช

แก๊สออกซิเจนที่อยู่ในดินจะแพร่เข้าสู่เซลล์ขนรากโดยวิธีการแพร่ แล้วแพร่เข้าไปสู่เซลล์ข้างเคียง ทำให้แก๊สออกซิเจนเข้าสู่เซลล์พืชและใช้ในกระบวนการเมแทบอลิซึมหรือกระบวนการหายใจ ได้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และแพร่ออกจากพืชทางปากใบ

แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์แพร่ผ่านทางปากใบของพืชเข้าสู่เซลล์ เพื่อใช้ในกระบวนการสังเคราะห์แสง หรือสร้างอาหารให้แก่พืชแล้ว ได้น้ำตาลกลูโคส และแก๊สออกซิเจน เมื่อในเซลล์มีแก๊สออกซิเจนมากจึงแพร่ผ่านออกสู่ภายนอกโดยผ่านทางปากใบ

ธาตุอาหารในดินจะแพร่เข้าสู่เซลล์ขนรากโดยวิธีการแพร่

การออสโมซิส (osmosis)

การออสโมซิส คือ การแพร่ของน้ำจากบริเวณที่มีอนุภาคของน้ำมากไปสู่บริเวณที่มีอนุภาคของน้ำน้อยกว่า โดยผ่านเยื่อเลือกผ่าน (semipermeable membrane) หรือเยื่อกั้นบางๆ เช่น เยื่อหุ้มเซลล์ กระดาษเซลโลเฟน กระเพาะปัสสาวะสัตว์ เยื่อชั้นในของไข่ การออสโมซิสในชีวิตประจำวัน เช่นการแช่ผักในน้ำ การปักดอกไม้ในแจกัน การดูดน้ำเข้าสู่รากพืช การหุบของต้นไมยราบ การเหี่ยวของต้นพืช การพองของเยื่อชั้นในของไข่เมื่อแช่ในน้ำ เป็นต้น

ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการออสโมซิส

1. ความเข้มข้นของสาร ถ้าความเข้มข้นของสารแตกต่างกันมาก การอออสโมซิสจะเกิดได้ดี

2. อุณหภูมิ ถ้าอุณหภูมิสูง กระบวนการออสโมซิสจะเกิดได้ดี

3. ขนาดของอนุภาค อนุภาคที่มีขนาดเล็กจะเกิดการออสโมซิสได้ดี

4. สมบัติของเยื่อกั้น เยื่อกั้นบางชนิดจะยอมให้สารผ่านได้ การอออสโมซิสจึงเกิดขึ้นได้ดี

การออสโมซิสในเซลล์พืช

พืชจะดูดน้ำเข้าสู่เซลล์ขนราก ด้วยกระบวนการออสโมซิส โดยผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นเยื่อเลือกผ่าน เพราะบริเวณรอบๆ รากจะมีปริมาณน้ำมากกว่าในเซลล์ขนราก และจะออสโมซิสไปยังเซลล์ข้างเคียงต่อๆไปจนถึงเนื้อเยื่อลำเลียงน้ำ

เพื่อน ๆ เคยสงสัยไหมว่า…

พืชดูดซึมน้ำเข้าไปในรากด้วยวิธีไหน ?

ทำไมอาหารที่ทำเสร็จใหม่ ๆ ถึงหอมชวนหิวขนาดนี้ ?

คำตอบของคำถามเหล่านี้ คือ การแพร่และการออสโมซิส ที่หลายคนอาจจะเคยได้ยินมาบ้างแล้ว แต่การแพร่และการออสโมซิสที่ว่านี้คืออะไร แตกต่างกันหรือไม่ และเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ข้างต้นอย่างไร เราไปหาคำตอบพร้อมกันได้เลย 

จะอ่านที่บทความนี้ หรือดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน StartDee แล้วสนุกกับแอนิเมชันเรื่องนี้ได้เลย

ภาพความแตกต่างระหว่างการแพร่และการออสโมซิส

การแพร่ (Diffusion)

การแพร่ คือการเคลื่อนที่ของโมเลกุลสารหรือสสาร จากบริเวณที่สารละลายมีความเข้มข้นสูง ไปยังบริเวณที่สารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำ เพื่อปรับให้ความเข้มข้นของทั้งสองบริเวณเท่ากัน เรียกว่า สมดุลของการแพร่ (Diffusion Equilibrium) โดยการแพร่นั้นสามารถเกิดขึ้นทุกสถานะ ทั้งของแข็ง ของเหลว และแก๊ส เช่น การแพร่ของกลิ่นอย่างน้ำมันหอมระเหย ดอกไม้ อาหาร หรือการแพร่ของหยดสีลงบนกระดาษที่เปียกน้ำ เป็นต้น

ภาพการแพร่ของกลิ่นอาหาร (ขอบคุณภาพจาก Clipart Library)

และเมื่อการแพร่เกิดขึ้นที่เซลล์ จะมีเยื่อบาง ๆ ที่เรียกว่า เยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยลิพิดและโปรตีน มาเป็นหน่วยคัดกรองและควบคุมสารที่ผ่านเข้าออกเซลล์ ยกตัวอย่างเช่น การแพร่ของแก๊สออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์บริเวณถุงลมปอด หรือการแพร่ของแก๊สออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์บริเวณปากใบของพืช

ปัจจัยที่มีผลต่อการแพร่

การแพร่ที่เกิดขึ้นแต่ละครั้ง มีความรวดเร็วและอัตราการแพร่ที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับปัจจัยปัจจัยต่าง ๆ เช่น 

1. อุณหภูมิ: บริเวณที่มีอุณหภูมิสูง จะเกิดอัตราการแพร่ได้เร็วกว่าอุณหภูมิต่ำ เพราะอนุภาคเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น
2. ความดัน: เมื่อความดันเพิ่มขึ้น อัตราการแพร่จะเพิ่มสูงขึ้นไปด้วย
3. สถานะของสาร: สารที่มีสถานะเป็นแก๊สจะแพร่ได้รวดเร็วกว่าสถานะของเหลวและของแข็ง เนื่องจากอนุภาคเป็นอิสระมากกว่า 
4. สถานะของตัวกลาง: ปัจจัยนี้จะคล้ายกับข้อที่แล้ว คือสถานะแก๊สจะเป็นตัวกลางที่ทำให้อัตราการแพร่เกิดขึ้นเร็วกว่าของแข็งและของเหลว 
5. ขนาดอนุภาค: สารที่มีอนุภาคขนาดเล็กจะเกิดการแพร่ได้ง่ายและเร็วกว่า เนื่องจากเคลื่อนที่ได้ดีกว่าสารที่มีอนุภาคใหญ่
6. ความแตกต่างของความเข้มข้นสาร 2 บริเวณ: ยิ่งความเข้มข้นของสารทั้งสองบริเวณ มีความแตกต่างกันมากเท่าไร การแพร่มักจะเกิดขึ้นได้ดีมากเท่านั้น 

การออสโมซิส (Osmosis)

การออสโมซิส คือ การเคลื่อนที่ของน้ำหรือตัวทำละลาย ผ่านเยื่อเลือกผ่าน  ซึ่งในเซลล์ของเราจะมีเยื่อหุ้มเซลล์ ที่มีคุณสมบัติเป็นเยื่อเลือกผ่าน โดยน้ำจะเคลื่อนที่จากบริเวณที่สารละลายมีความเข้มข้นต่ำ (โมเลกุลของน้ำมาก) ไปยังบริเวณที่มีสารละลายที่มีความเข้มข้นสูง (โมเลกุลของน้ำน้อย) เช่น การดูดซึมน้ำของรากพืช 

การออสโมซิสในเซลล์พืชและเซลล์สัตว์

การออสโมซิสในเซลล์พืชและเซลล์สัตว์ จะมีความคล้ายคลึงกัน คือ เซลล์จะมีรูปร่างปกติ เมื่อแช่ในสารละลายมีความเข้มข้นเท่ากับภายในเซลล์ แต่หากแช่เซลล์ในสารละลายที่มีความเข้มข้นมากกว่าภายในเซลล์ (โมเลกุลของน้ำน้อยกว่า) น้ำจะออสโมซิสออกไปยังนอกเซลล์ ทำให้เซลล์เหี่ยว ส่วนการแช่เซลล์ในสารละลายที่มีความเข้มข้นน้อยกว่าในเซลล์ (โมเลกุลของน้ำมากกว่า) จะทำให้น้ำออสโมซิสเข้าสู่เซลล์ ซึ่งหากเป็นเซลล์สัตว์อาจทำให้เซลล์เต่งจนแตกได้ ขณะที่เซลล์พืชจะทำให้เซลล์เต่งแต่ไม่แตก เนื่องจากมีผนังเซลล์กั้นอยู่นั่นเอง

ภาพเซลล์พืช (ด้านล่าง) เทียบกับเซลล์สัตว์ (ด้านบน)

โดยมีเซลล์ปกติ เซลล์เต่ง และเซลล์แตก ตามลำดับ (ขอบคุณภาพจาก nootria2140)

ถ้าเพื่อน ๆ ได้ลองนึกถึงเหตุการณ์ในชีวิตประจำวัน อาจพบว่าการแพร่และการออสโมซิสนั้น เกิดขึ้นรอบ ๆ ตัวเราหลายเหตุการณ์เลยทีเดียว และหลังจากที่เราทบทวนเนื้อหาชีววิทยากันอย่างเต็มอิ่มแล้ว  เพื่อน ๆ ชั้นม.1 ยังสามารถเข้าไปเรียนรู้เรื่องเส้นขนานและมุมภายในกันต่อได้ใน Blog StartDee หรือจะดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน StartDee มาเรียนกับคุณครูที่น่ารักของเรา ก็สามารถคลิกที่ลิงก์ข้างล่างนี้ได้เลย