Полупроницаемая мембрана своими руками

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 19.09.2024

Осмос – диффузия растворителя через полупроницаемые мембраны из области с высокой ее концентрацией в область с низкой.

Осмотическое давление (обозначается π) – избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану (осмос).

Полупроницаемая мембрана – мембрана, разделяющая две жидкие или газообразные фазы, обеспечивающая под действием движущей силы выборочный перенос компонентов этих фаз (способна пропускать молекулы растворителя и низкомолекулярных соединений, и не пропускать молекулы растворенных веществ).

Тургор – состояние эластичной напряженности клеточной стенки, обусловленное внутренним давлением жидкости.

Гипертонический раствор – раствор, осмотическое давление которого выше нормального.

Гипотонический раствор – раствор, осмотическое давление которого ниже нормального.

Изотонический раствор – раствор, осмотическое давление которого равно нормальному.

Основная структура мембраны – липидный бислой, который и создает относительно непроницаемый барьер для большинства водорастворимых молекул. В нем как бы заякорены белковые молекулы.

(По положению в мембране выделяют монотипические белки, которые взаимодействуют только с одной поверхностью мембраны и не пересекают ее, битопические – пронизывают мембрану насквозь и взаимодействуют с обеими ее поверхностями, и политопические – те, которые пронизывают мембрану несколько раз. Тогда, очевидно, что монотипические белки будут относиться к поверхностным или периферическим белкам, а битипические и политипические к интегральным, т. е. полностью погруженным в мембрану.)

Слои мембраны асимметричны и различаются по липидному и белковому составу, что отражает функциональные различия их поверхностей.

Плазматическая мембрана является барьером между клеткой и окружающей средой, и обеспечивает сохранение существующих различий. Мембрана служит высокоизбирательным фильтром и, кроме того, отвечает за активный транспорт; с ее помощью регулируется поступление внутрь клетки питательных веществ и выход наружу продуктов выделения. Благодаря мембране устанавливается разница в концентрации ионов внутри клетки и во внеклеточном пространстве.

В норме в клетке растений поддерживается тургор - состояние эластичной напряженности клеточной стенки, обусловленное внутренним давлением жидкости.

Главным компонентом всех клеток является вода (70%), остальная часть – это макромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды), небольшие органические молекулы и ионы.

Сами по себе макромолекулы слабо влияют на осмотическое давление клетки, так как это, несмотря на свои размеры, всего лишь одна молекула, и число их незначительно мало по сравнению с числом небольших органических молекул. Однако большинство макромолекул сильно заряжены и удерживают вокруг себя множество ионов противоположного заряда. Именно эти ионы и вносят вклад во внутриклеточную осмотичность. Кроме того, стоит учитывать, что эти молекулы также удерживают вокруг себя молекулы воды, которая разбавляет клеточный сок.

Стоит отметить, что клетки содержат высокие концентрации малых полярных органических молекул (сахара, аминокислоты, нуклеотиды). Для них мембрана является почти непроницаемой. Добавим, что малые метаболиты также в большинстве заряжены и окружены противоионами. Таким образом, как сами малые молекулы, так и окружающие их ионы с противоположным зарядом существенно влияют на осмотическое давление.

Основной вклад в осмотичность клетки вносят неорганические ионы. Они способны перемещаться через плазматическую мембрану за счет активного (насосы, Na-K-АТФаза и т. д.) или пассивного транспорта (диффузия).

Если бы не существовало машин активного транспорта, со временем система пришла бы в равновесие (установление равных концентраций внутри и снаружи клетки), при этом концентрация ионов внутри клетки была бы немного больше вследствие эффекта Доннана (мембранное равновесие доннана – равновесие, устанавливающееся в системе растворов, непроницаемой хотя бы для 1 вида ионов).

При отсутствии системы осморегуляции, общая концентрация ионов внутри клетки оказалась бы больше чем снаружи (т. е. можно сказать, что клетка гиперосмотична среде). Так как каждая система стремится к равновесию, концентрация ионов между клеткой и средой в конечном итоге бы выровнялась за счет притока воды в клетку и вызвав ее разрыв.

Как же клетки контролируют осмотическое давление и избегают нарушение целостности?

Животные клетки и клетки бактерий активно выкачивают неорганические ионы, такие как Na, так, чтобы их концентрация в клетке стала ниже, чем в окружающей среде (стоит заметить, что это не основная функция Na-K-АТФазы (все-таки главная – изменение мембранного потенциала), но также довольно значительная для клетки). Клетки растений ограничивают набухание благодаря жестким клеточным стенкам: в зависимости от количества поступающей внутрь воды увеличивается и внутриклеточное давление со стороны стенки, уравновешивающее разрывающие клетку силы.

Многие простейшие избегают набухания и разрыва благодаря способности периодически выбрасывать излишки воды с помощью специальных органелл – сократительных вакуолей.

Величина осмотического давления, создаваемая раствором, зависит от количества, а не от химической природы растворенных в нём веществ или ионов. Чем больше концентрация вещества в растворе, тем больше создаваемое им осмотическое давление. Это правило, носящее название закона осмотического давления, выражается формулой, очень похожей на некий закон идеального газа:

π = i*C*R*T,

где i — изотонический коэффициент раствора; C — молярная концентрация раствора, в моль/м³; R — универсальная газовая постоянная; T — термодинамическая температура раствора, в кельвинах.

R = 8,3145м 2 *кг/ (с 2 *К*моль)

С = n/V, где n – количество вещества в молях, V – объем в литрах.

Осмотическое давление, которое зависит от содержания в растворе белков, называется онкотическим (0,03—0,04 атм). При длительном голодании, болезни почек концентрация белков в крови уменьшается, онкотическое давление в крови снижается и возникают онкотические отёки: вода переходит из сосудов в ткани, где π_ОНК больше. При гнойных процессах π_ОНК в очаге воспаления возрастает в 2—3 раза, так как увеличивается число частиц из-за разрушения белков.

В организме осмотическое давление должно быть постоянным (около 7,7 атм). Поэтому пациентам вводят изотонические растворы (растворы, осмотическое давление которых равно π_плазмы ≈ 7,7 атм. (0,9 % NaCl — физиологический раствор, 5 % раствор глюкозы). Гипертонические растворы, у которых π больше, чем π_плазмы, применяются в медицине для очистки ран от гноя (10 % NaCl), для удаления аллергических отёков (10 % CaCl₂, 20 % глюкоза), в качестве слабительных лекарств (Na₂SO₄∙10H₂O, MgSO₄∙7H₂O).

Получение искусственной клеточки Траубе

Оборудование: кристаллы гексоцианоферрата (2) калия K₄[Fe(CN)₆], 0,5% водный раствор CuSO₄ в пробирке, пинцет, лупа.

Когда мы опускаем кристаллы гексоцианоферрата в раствор, происходит следующая реакция:

Был предоставлен гипотонический раствор и при выполнении практического задания можно было наблюдать, как клеточка Траубе разбухает. В задании требовалось сделать рисунок-схему, какие процессы происходят в данной системе. Он представлен ниже.

В чем же причина наблюдаемого явления?

Любая система стремится к равновесию. В клетке и среде различное осмотическое давление, а значит, для его достижения необходимо так переместить молекулы воды, чтобы концентрации веществ внутри и снаружи были одинаковы. Так как среда является гипотоничной по отношению к клетке, вода будет стремиться проникнуть в клетку через полупроницаемую мембрану.

Далее приведем несколько опытов, которые вы можете самостоятельно провести дома.

Осмос и картофель – лучшие друзья

Оборудование: 1 картофелина, кухонная доска, нож, соль, питьевая вода, физраствор (можно купить в ампулах или в пузырьке в аптеке).

1. Приготовление растворов:

Гипотонический – питьевая вода;

Изотонический – физиологический раствор;

Гипертонический – приготовим 2 раствора разной концентрации. 1 – 1 чайная ложка соли на 100 мл воды, 2-3 ложки соли на 100 мл воды. Особые перфекционисты могут приготовить насыщенный раствор (раствор с наибольшей возможной концентрацией при определенной температуре) – довести питьевую воду до кипения и растворять в ней соль, пока она не начнет выпадать в осадок. Кроме того, можно самим попробовать приготовить растворы разных концентраций.

2. Нарезаем картофелину на ровные брусочки (стремящиеся к идеальному параллелепипеду 7*1*1). Чем больше брусочков, тем лучше! Минимум – по числу приготовленных растворов.

3. Теперь все совсем просто. Берем ЧИСТЫЕ, без следов моющего средства и грязных пятен, стаканы.

Разливаем в них растворы и ОБЯЗАТЕЛЬНО ПОДПИСЫВАЕМ, где какой раствор! Затем опускаем в них брусочки и оставляем на 10-15 минут. Достаем брусочки и измеряем их длину.

Заполняем таблицу. Ниже приведен пример таблицы. Вместо х и у подставляем полученные числа.

Мембранный. Используется в современных моделях очень часто. Самый дешевый способ устранить пыль. Мембраны — это полупроницаемая среда, пропускающая сквозь себя воду и кислород, но способная задерживать на поверхности примеси.
Водный. Пропускает через емкость с водой воздух и грязь, оставляя при этом все вредные частицы в жидкости, выпуская незагрязненный воздух наружу.
Циклонный. Является более дешевым фильтром в сравнении с водным и мембранным, но не уступающим по качеству. Пропускает воздух с пылью через корпус цилиндрической формы.

Фильтр для пылесоса — можно ли сделать своими руками

Никаких проблем в этом нет, если грамотно подойти к решению основной задачи – не снижать эффективность фильтрации воздуха. Не всегда это может получиться за счет некачественно выбранных расходных материалов.

Что значит циклонный фильтр в пылесосе

Для понимания что это такое – циклонный фильтр как тип пылесборника, не требуется обладать особыми познаниями. Большинство представленных на рынке моделей оснащаются прозрачными резервуарами или контейнерами для сбора мусора и пыли, что позволяет увидеть, как происходит весь процесс уборки.

Во время всасывания воздуха с определенной силой внутри циклона формируется поток воздуха, поступающий с завихрениями.

По принципу работу циклонный тип фильтра напоминает торнадо, только в уменьшенном размере.

Внутри циклонного пылесоса располагается особенный фильтр, который имеет форму конуса

Поэтапно работу промышленного пылесоса циклонного типа или домашних моделей можно разбить на ряд последовательных операций:

Пользователь включает устройство, что приводит к появлению мощного воздушного потока, засасывающего мусор и пыль внутрь пылесоса.
Перед попаданием в резервуар циклонного фильтра вся грязь проходит через фильтр первичной очистки, который представляет собой мелкоячеистую сетку из пластика.
Далее на пути пыли встает второй барьер, который представлен HEPA-фильтром, представляющим собой пластину из материала, близкого по структуре к обычной вате.
Следующим шагом становится попадание 90% мусора в непосредственно циклон.
Подобная форма выбирается не случайно, а является итогом инженерных расчетов. Именно усеченный конус обеспечивает создание вихревого эффекта, приводящего к тому, что оставшиеся частицы мусора оседают на дне и стенках контейнера.
По итогам работы из пылесоса выходит воздух, очищенный от ненужных примесей на 97%, что является очень хорошим показателем эффективности работы.

Самое важное в работе циклона – создание центробежной силы воздушного потока, которое обеспечивает оседание частиц на стенках резервуара

Для получения более мощной центробежной силы контейнер имеет форму обрезанного конуса.

Изобретение циклона датируется 80-ми годами 19 века. За время существования технологии были разработаны различные конструкции циклонных фильтров, но суть работы всех остается неизменной.

Перед попаданием в циклон пыль проходит два фильтра: механический, в виде сеточки, и HEPA, имеющий пористую структуру

Существует правило, которое вытекает из физического смысла циклона: степень очистки зависит от высоты и диаметра устройства для создания центробежной силы. При этом наибольшая эффективность демонстрируется в удержании частиц крупной фракции.

Плюсы и минусы циклона

Основные достоинства циклонного фильтра:

глубокое очищение поверхности за счет многоуровневой фильтрации;
минимальный выхлоп пыли при выходе воздуха из пылесоса;
удобная чистка фильтра и пылесборника;
компактность, поскольку фильтр обычно имеет небольшие габариты (одна из причин частого использования на вертикальных пылесосах);
возможность мытья всех частей конструкции;
отсутствие мешков для пыли позволяет сэкономить.

Также стоит отметить прочность емкости с фильтром, которая, в отличие от матерчатых или бумажных мешков, может сдерживать стекло или гвозди. Обычно на пылесосах с циклонными фильтрами установлены индикаторы заполнения, но при их отсутствии можно определить засоренность по снижению мощности всасывания.

При всех своих достоинствах циклонный фильтр имеет и ряд недостатков:

быстрое снижение мощности при засорении;
повышенный уровень шума;
увеличенное время уборки по причине низкой мощности;
пропускание мелких частиц пыли.

Поскольку в стандартных моделях пылесосов с циклонными фильтрами микрочастицы пыли вылетают с выхлопной струей воздуха, то для аллергиков рекомендуется приобрести модель с аквафильтром и увеличенным уровнем фильтрации.

Эта разновидность пылесосов популярна уже более тридцати лет. Сам корпус легче, чем у пылесосов с аквафильтром, так как внутри он пустой. Суть такой фильтрации заключается в воздействии центробежной силы на всасываемый внутрь мусор. Ураганным потоком ветра крупные и мелкие частицы загрязнений оседают в разных контейнерах. После отключения пылесоса от электропитания, вам достаточно вытащить из корпуса контейнер и очистить его.

Для такого самодельного фильтра нам понадобится:

Пластиковая емкость с герметичной крышкой.
Две гофрированных или пластиковых трубы длиной в два метра.
Конус (можно купить в магазине обычный автомобильный конус).

Отрезаем от конуса дно и соединяем его с трубой. Чтобы получилось герметичное отверстие, все дыры и щели закрываем при помощи фанеры. Отрезанную часть конуса соединяем с трубой, в которую будет попадать весь мусор. Конец это трубы должен входить в пластиковую емкость. Герметизируем куском фанеры. Соединить с пылесосом нужно при помощи выходной трубы. Ее мы прикрепляем ко входному отверстию пылесоса при помощи шланга.

Устройство циклонных фильтров делает их намного удобнее и эффективнее привычных мусоросборников. Благодаря своей вместительности и гигиеничности, такие системы очищения пользуются всё большей популярностью. Однако, высокая стоимость не всем приходится по карману.

Принцип работы состоит в следующем: поток воздуха проходит через первичные фильтры, которые задерживают мелкие частицы пыли. Далее, воздух поступает в циклонный фильтр — ёмкость, в которой под воздействием эффекта вихря более крупные частицы мусора закручиваются и под своей тяжестью оседают на дно. На выходе воздух очищен на 98%.

Материалы для изготовления

Наиболее простым способом изготовления циклонного фильтра является использование пластикового ведра в роли основного элемента. Объём рассчитывается достаточно просто. На каждые 100 Вт мощности добавляют 1 л ёмкости.

Обязательным требованием к ёмкости выступает наличие герметично прилегающей крышки.

Для того, чтобы сконструировать фильтр системы “циклон”, потребуются следующие инструменты:

канцелярский нож;
клеевой пистолет;
силикон;
циркуль.

Из материалов понадобятся:

ёмкость с крышкой (можно использовать вёдра из-под краски или строительной смеси);
колено на 45° — 2 шт.;
колено на 90° — 2 шт.;
уплотнительные кольца;
труба из пластика.

Процесс изготовления проводится следующим образом:

По краям крышки проделывают два отверстия, диаметр которых совпадает с диаметром патрубок. При этом отверстия должны находиться в 4 см от краёв.
На края отверстий наносят силикон, после чего во внутреннюю часть вставляют уплотнитель, а затем само колено.
Внешнюю сторону колено располагают практически на уровне крышки. С внутренней стороны патрубок направляют к центру ёмкости, а также оснащают поворотом на 45°.
Второе колено также дополняют поворотной частью с внутренней стороны, но таким образом, чтобы он был направлен к стенке ведра.
В процессе присоединения колен необходимо обязательно использовать резиновые уплотнители (кольца).
Далее конструкцию присоединяют к пылесосу. Патрубок, который находится с внешней стороны на уровне крышки — к шлангу пылесоса, второй — к гофрированной трубе, которая будет выводить чистый воздушный поток.

Как сделать циклон из подручных материалов

В Леруа продаются полиэтиленовые евробочки на 48 литров за 880 рублей, они отлично подходят для создания циклона.

Если есть 2 ведра от грунтовки, можно сделать корпус из них. Одно ведро обрезается сверху и снизу и эти конусы вставляются во второе ведро для усиления стенок.

Для корпуса из ведер крышка укрепляется с помощью фанеры.

Также потребуется 2 канализационных уголка на 40.
По центру крышки просверливается отверстие коронкой 38 мм. Второе отверстие просверливается близко к краю. В отверстия вставляются канализационные уголки. Их нужно надежно зафиксировать. Для этого можно нагреть их строительным феном или наждачкой увеличить отверстие и посадить уголки на термоклей. Особенно хорошо должен быть закреплен крайний уголок, чтобы он не поворачивался и направлял воздушный поток в нужном направлении для закручивания.

Циклон подключается к строительному пылесосу. В пылесос для строительного мусора не подойдут бумажные мешки, так как они быстро рвутся. Используйте синтетические фильтры, они стоят около 600 рублей за комплект.
Чтобы сэкономить, можно вместо фильтра вставлять внутрь синтетическую сумку за 20 рублей. С сумкой мусор будет оседать не в мешке, а в самом баке пылесоса, можно будет вытряхивать его оттуда как из ведра.

Также для строительной пыли желательно использовать патронный фильтр в пылесосе.

Аквафильтр для пылесоса

Водные системы фильтрации пользуются, пожалуй, самой большой популярностью среди пользователей. Однако, цена пылесосов, оснащённым подобным способом очищения, часто слишком высока. Поэтому, существует множество вариантов самодельных аквафильтров. Ниже приведён ещё один пример.

Материалы для изготовления

Для самодельного конструирования аквафильтра потребуется:

ведро на 10 л ПВХ с крышкой;
сантехнические переходники (3 шт.);
панель ПВХ;
гофрированная труба для вывода воздушного потока.

С одной стороны ведра вырезают два отверстия, диаметр которых равен диаметрам патрубков. Стенки отверстий смазывают силиконом. В одно из них вставляется колено и присоединенный к нему ещё одну трубу таким образом, чтобы его конец находился прямо возле дна ёмкости (зазор не более 2 см) — это часть будет выполнять роль входного отверстия для потока воздуха. Из ПВХ предварительно вырезается дополнительная крышка с отверстием для патрубка и расщелиной для выхода воздуха, после чего она устанавливается в ведро (с небольшим скатом).

Во второе отверстие, располагающееся над мембраной, устанавливается ещё один патрубок, к которому в дальнейшем будет подключён шланг для пылесоса. Перед работой, в ёмкость заливается около 2–2,5 л воды.

Как сделать аквафильтр для пылесоса

Некоторые современные пылесосы оснащаются аквафильтрами. При прохождении загрязненного воздуха через такой водяной фильтр, большинство пыли, мусора и мелких частиц остаются в воде. Таким образом в несколько раз увеличивается срок службы фильтров и мешков-пылесборников.
Этот фильтр очень прост в изготовлении, и может быть изготовлен в домашних условиях.
Материалы.
— Пластиковое 10-л ведро с крышкой
— Уголки канализационных пластиковых труб
— Гибкая гофрированная труба, ПВХ панель
— Изоляционная лента, наждачная бумага, клеевые палочки.
Инструменты, использованные автором.
— Беспроводной клеевой пистолет
— Маркер, нож.

Процесс изготовления.
Итак, корпусом для фильтра послужит 10-л пластиковое ведро с крышкой. Первым делом в верхней его части вырезаются два отверстия диаметром 50 мм.
Поверхности вокруг отверстий обрабатываются крупнозернистой наждачной бумагой.
В первое отверстие вставляется уголок, и на него надевается часть 50-мм трубы. Длина патрубка должна быть такой, чтобы между ее концом и дном был зазор 20-30 мм. Через эту трубку будет входить загрязненный воздух в фильтр.
Затем автор вырезал из ПВХ панели перегородку, в которой подготовил вырез для трубки. Внутреннюю поверхность корпуса, которая будет стыковаться с перегородкой, также нужно обработать наждачкой.
На противоположной стороне перегородки нужно срезать ее часть, сделав отверстие между верхней и нижней камерами фильтра.

Перегородка должна быть слегка наклонена в сторону отверстия между камерами, тогда капли воды будут стекать в нижний отсек.
Шланг от щетки отлично подошел к 50-му уголку.
А соединение гибкого гофрированного шланга с фильтром пришлось герметизировать, подмотав изоляционной ленты.
Чтобы проверить, не вылетают ли брызги воды из нижней камеры в верхнюю, автор подключил выдув пылесоса ко входу фильтра.
В фильтр достаточно налить 2,5 л воды, она будет на уровне 50 мм от его дна, и перекроет входной патрубок.
При испытаниях стало ясно, что вырез в перегородке между камерами нужно увеличить. Теперь брызги воды не попадают в выходное отверстие вместе с потоком воздуха.

При этом в пылесборнике пылесоса почти ничего не оказалось, и вода в него не попала.
Используя фильтр такой конструкции, можно собирать небольшие количества разлитой жидкости, следя за уровнем в емкости. В качестве корпуса можно использовать ведро или другую емкость большего размера.
После применения фильтра желательно дать поработать пылесосу вхолостую пару минут, чтобы удалить влагу из фильтрующих элементов.
Как и предполагалось, автор внес несколько изменений в конструкцию через некоторое время. А именно, ему пришлось усиливать швы с помощью жидких гвоздей.

Также понадобилось установить дополнительный лепесток на внутренней части выходного патрубка, так как в него иногда попадали капли воды. Перегородка сделана из обрезка толстостенной пластиковой бутылки от бытовой химии.Конечно, такой фильтр не сможет в полной мере заменить промышленный пылесос для влажной уборки, однако расширит функционал старенького советского или импортного пылесоса.
Благодарю автора за рекомендации по изготовлению простого аквафильтра для пылесоса, который пригодится не только дома, но и может послужить в мастерской.

Как сделать водный фильтр для пылесоса

Чаще он называется аквафильтром. Сейчас такие модели популярны на рынке бытовой техники. Их секрет заключается в том, что они не только собирают мусор, но и увлажняют воздух, не вызывая неприятных запахов. Единственный минус — большой вес пылесоса из-за сосуда с водой внутри, но он компенсируется хорошим качеством уборки.

Принцип его работы очень прост. Весь мусор при помощи мотора оказывается в отсеке с водой, которую потом нужно слить.

Схема работы пылесоса с аквафильтром

Как сделать фильтр такого типа? Достаточно просто, если иметь все нужные детали и схему работы.

Вам понадобится сепаратор, тара под воду, вентилятор и помпа. Чем меньше вентилятор вы подберете, тем меньше от него будет шума. При выборе помпы учитывайте, что уровень воды в сосуде поднимется почти на сантиметр. Все крепежные детали выбирайте с цинковым покрытием. Не забудьте о встроенной турбощетке, она поможет тщательно прочищать ковры. Для получения хорошего результата проводите работу поэтапно:

Установите на пылеуловитель кожух, накопитель и разрыхлитель.
Прикрепите помпу с кольцом из резины. Следите за зазорами между деталями корпуса.
Чтобы пылесос был максимально бесшумным, наклейте на дно полиэтилен.
Перед использованием наливайте воду строго по отметкам на емкости.

Существуют и другие способы создания аквафильтра. Максимум усилий и желания — и вы сделаете качественную работу, которая будет приносить пользу достаточно долго.

Как ухаживать за фильтром

Работа с этим устройством является интуитивно понятной. Для этого ёмкость надо извлечь и высыпать из неё мусор. Мыть пластик после работы в обязательном порядке не требуется. Если пылесборник заполнен в незначительной степени, нет необходимости его опорожнять сразу. С этим можно подождать до следующего использования.

Циклонные фильтры можно приобрести отдельно

Когда владелец хочет вымыть резервуар, достаточно ополоснуть его водой. При этом нет необходимости применять дополнительные моющие средства. При более тщательной мойке достаточно использовать, например, хозяйственное мыло. После этого нужно промыть чистой водой и дождаться полного высыхания.

Если в процессе работы внутрь попадёт жидкость, её нужно удалить, затем высушить фильтр. Только после этого можно будет продолжать работу.

Когда фильтр используется для промышленных целей, важно следить за заполнением ёмкости пылесборника. Как только набирается достаточно мусора, её нужно опорожнять. Важно, чтобы обеспечивалась герметичность соединений циклонного фильтра. Это исключит возможность обратного попадания мусора в окружающую атмосферу.

Полупроницаемая мембрана – это слой, через который могут проходить только определенные молекулы. Полупроницаемые мембраны могут быть как биологическими, так и искусственными. Искусственные полупроницаемые мембраны включают в себя различные материалы, предназначенные для фильтрация такие как используемые в обратном осмос, которые пропускают только воду. Биологические мембраны клеток создаются двумя листами фосфолипид, которые содержат липидный хвост, присоединенный к полярному глава, Хвостовые области каждого листа объединяются, а головки молекул направлены наружу. Полярные головы указывают как наружу к окружающей среде клетка и внутрь к цитозоль, Таким образом, гидрофобный область липидных хвостов отделяет два тела решение, Это можно увидеть на изображении ниже.

В то время как вода и другие маленькие молекулы могут проскальзывать через промежутки между молекулами фосфолипидов, другие молекулы, такие как ионы и большие питательные вещества, не могут проникнуть внутрь клетки или выйти из нее. Это делает фосфолипидный бислой превосходной полупроницаемой мембраной, которая позволяет клеткам отделять свое содержимое от окружающей среды и других клеток. Концентрация раствора, связанного полупроницаемой мембраной, может быть описана его тонус по сравнению с окружающей средой или другими клетками. Поскольку биологические мембраны проницаемы для воды, но не растворены, вода имеет тенденцию проникать в клетки, которые гипертонический в окружающую среду, в то время как вода выходит из клеток, которые гипотонический.

Мембраны большинства клеток также содержат различные транспортные белки, которые облегчают движение больших молекул и ионов через клеточная мембрана, Некоторые из этих белков требуют энергии для перемещения через мембрану, форма активный транспорт в то время как другие свободно текут, когда поры белка открыты через мембрану. Это называется пассивный транспорт, С этими специализированными белками клеточная мембрана становится селективно проницаемой мембраной, так как генетика клетки решают, какие молекулы могут пройти через мембрану. Полупроницаемые мембраны эволюционировали таким образом с течением времени, чтобы позволить и ограничивать широкий спектр молекул, которые в широком смысле объясняют различные функции клеток в разных организмах и тканях.

Примеры полупроницаемой мембраны

Искусственные мембраны и тоничность

Искусственные мембраны использовались в лаборатории для демонстрации основ влияния осмолярности на клетки. Как и клеточные мембраны, полупроницаемая мембрана, созданная искусственно, пропускает только воду, ограничивая растворенные в растворе растворенные вещества. Если два раствора соединены через полупроницаемую мембрану, между ними будет течь вода, но растворенные вещества будут ограничены стороной мембраны, на которой они начали. Это можно увидеть на следующей иллюстрации этого эксперимента.

Левая сторона изображения показывает начальную настройку. Полупроницаемая мембрана маркируется и разделяет два раствора, помещенных в U-образную трубку. Правая сторона трубки содержит меньше растворенных веществ, чем правая, и считается гипотонической справа от гипертонической. По мере продолжения эксперимента полупроницаемая мембрана будет пропускать через мембрану воду, но не растворенные вещества. В некотором смысле вода между двумя растворами связана и предпочитает, чтобы растворенные вещества распределялись равномерно. Как правило, растворенные вещества будут равномерно распределяться по воде, но полупроницаемая мембрана предотвращает это. Вместо этого вода должна быть молекула двигаться через мембрану. Чтобы сбалансировать концентрации двух растворов, вода выходит из правой части трубки в левую сторону. Это изменение громкости можно увидеть в правой части изображения. Хотя объемы растворов изменились, полупроницаемая мембрана все еще допускает выравнивание концентраций. Решения сейчас изотонический.

Клеточная мембрана

Как и искусственный пример, описанный выше, клеточные мембраны всех организмов ведут себя как простые полупроницаемые мембраны, пропуская воду, исключая при этом растворенные вещества. Тем не менее, клетки существуют в самых разных средах. В океане вода сильно концентрируется с солями, создается гипертоническая среда. В пресноводных средах существует противоположное состояние, и вода стремится затопить клетки. Наземные организмы сталкиваются с совершенно новой проблемой, полной нехваткой воды. В то время как основной фосфолипидный бислой служит для отделения клеток от окружающей среды, одного этого едва ли будет достаточно, чтобы компенсировать это широкое разнообразие условий. Клетки организмов, которые живут в этих различных средах, выработали белки, которые функционируют, пропуская растворенные вещества через мембрану. В то время как клетки должны тратить энергию, чтобы сделать это, это также позволяет им поддерживать условия в цитозоле и выполнять функцию жизни. Эта постоянная борьба за поддержание условий внутри клеток известна как гомеостаз.

Избирательно проницаемая мембрана – Мембрана, которая пропускает вещества таким образом, что создает гомеостаз.
Гомеостаз – Состояние равновесия, при котором может осуществляться процесс жизни (репликация ДНК и т. Д.).
Фосфолипидный бислой – полупроницаемая мембрана, созданная всеми биологическими организмами.
Клеточная мембрана – фосфолипидный бислой, содержащий сотни различных транспортных белков, которые регулируют поток растворенных веществ и создают состояние гомеостаза.

викторина

1. Генетическое мутация в клетке заставляет клетку продуцировать клеточную мембрану, которая не имеет транспортных белков. Мембрана все еще функционирует как полупроницаемая мембрана. Будет ли клетка жить и сможет размножаться?A. нетB. даC. Только в правильной обстановке

Ответ на вопрос № 1

верно. Эта клетка обречена. Даже если поместить в среду, в которой есть все питательные вещества и молекулы, необходимые для роста, клетка не сможет их транспортировать. Даже глюкоза, основная молекула для клеточного метаболизма, должна транспортироваться через мембрану со специальными белками. Без этого мембрана теряет свою селективную способность, и клетка быстро погибает.

2. Как видно из приведенного выше примера, ученый устанавливает U-образную трубку с полупроницаемой мембраной, разделяющей два раствора. С правой стороны ученый помещает раствор, который имеет 10 г / л растворенное вещество, Левая сторона получает раствор, содержащий 5 г / л растворенного вещества. Ученый начинает с одинакового объема раствора в каждой пробирке. Каким образом вода будет течь через эту полупроницаемую мембрану?A. Не будет течьB. Слева направоC. Справа налево

Ответ на вопрос № 2

В верно. Левая сторона раствора содержит только половину растворенных молекул в качестве правой стороны, что делает его гипотоническое решение, Вода будет течь из гипотонического раствора в гипертонический раствор пока два решения не станут изотоническими. Полупроницаемая мембрана предотвращает движение растворенных веществ, а не воды. В конце эксперимента будет больше воды с правой стороны, но концентрации пробирок будут такими же.

3. Ученые знают, как создавать фосфолипидные бислои в лаборатории. Если бы вы взяли часть своей ДНК и окружили ее фосфолипидным бислоем, могли бы вы создать свой клон?A. Да! Вот как они клонируют вещи.B. Нет, это не создаст функциональную ячейку.C. Клетка должна заботиться тщательно.

Ответ на вопрос № 3

В верно. Ваша ДНК существует в очень особых условиях. ДНК человека существует внутри ядра, специализированной мембраны, содержащей 2 липидных бислоя. Обе эти мембраны содержат сотни специализированных белков, которые помогают в транспортировке продуктов к ядру и от него. Ядро существует в цитозоле, который содержит еще более специализированные селективно проницаемые мембраны и сам инкапсулирован в клеточной мембране. Клеточная мембрана, в свою очередь, представляет собой не только фосфолипидный бислой, но содержит сотни белков со специфическими функциями. При наличии только фосфолипидного бислоя эта искусственная клетка быстро погибнет.

Пароизоляция – это способ защиты строительных конструкций и материалов от проникновения пара, а также образования конденсата на их поверхности.
В зависимости от материала, используемого для этих целей, различается и крепление пароизоляции к защищаемой поверхности.

Стены, обшитые пароизоляционным материалом

Назначение и отличительные характеристики

Основное предназначение пароизоляционного слоя, это защита строительных конструкций от проникновения влаги в парообразном состоянии на их поверхность и последующего образования конденсата, негативно сказывающего на эксплуатационных характеристиках этих конструкций (материалов).
Как правило, пароизляция укладывается изнутри зданий (сооружений), что объясняется тем, что во внутреннем пространстве влажность воздуха выше, чем снаружи.
Отличительными характеристиками пароизоляции от гидроизоляции являются:

Разновидности пароизоляционных материалов

В настоящее время на рынке строительных материалов представлен широкий выбор пароизляции различных видов, отличающихся по составу и структуре, а также способу монтажа и стоимости. Вот некоторые из них:

пленки, изготовленные из полиэтилена различной структуры (однослойные, двухслойные, армированные);
пленки с покрытием одной из сторон слоем фольги (фольгированные пленки);
пленки с покрытием, препятствующим образованию конденсата (анти конденсатные пенки);
пленки с пористой структурой (мембраны), классифицируются как:псевдодиффузионные, диффузионные и супердиффузионные и являются паропроницаемыми (паровыводящими) материалами, используемыми с наружной стороны утеплителя.

Мембраны – это полупроницаемая плёнка, способная регулировать однонаправленную транспортировку веществ из одной зоны в другую.

Диффузионная пароизоляционная мембрана

Псевдодиффузионные мембраны способны пропускать до 300 гр/м2 испарений в сутки,
диффузионные – от 300 до 1000 гр/м2 за этот же период, а у супердиффузионные – более 1000 гр/м2 в сутки.

Псевдодиффузионные мембраны используются для пароизоляции внутренних помещений, а мембраны диффузионного и супердиффузионного типов – применяются при монтаже фасадов зданий, выполняя дополнительно функцию защиты от ветра (ветробарьер).

Монтаж пароизоляционного барьера

Монтаж пароизоляционного материала является важным этапом производства работ при утеплении строительных конструкций, определяющим их способность сохранять тепло и обеспечивать защиту от проникновения влаги внутрь утеплителя.

Пароизоляция монтируется при сооружении здания (строения) до момента финишной отделки помещений или монтажа кровельного покрытия, а также при выполнении ремонтных работ на этих элементах конструкций.

Выполнение этих работ требует знания особенностей монтажа пароизоляционного барьера.

Их можно разбить на несколько этапов: подготовительный, выполнение работ и завершающий.

Подготовительный этап

В этот период производства работ выбирается и приобретается материал, который будет использоваться как пароизоляция, при этом критериями выбора будут:

место использования, монтажа (фасад здания, внутренние помещения и т.д.);
требования к техническим характеристикам (способность пропускать испарения);
эксплуатационные показатели;
возможность (особенности) выполнения монтажа на той или иной строительной конструкции.

Изначально готовится поверхность, на которую будет монтироваться пароизоляционный барьер. Данные работы зависят от материала, из которого изготовлено основание и места их проведения.

Деревянные конструкции обрабатываются антисептическими растворами и противопожарными веществами, а кирпич и бетон – грунтовками глубокого проникновения, для предотвращения появления микроорганизмов (грибок, плесень и т.д.).

Выполнение работ

На этом этапе выполняется монтаж пароизоляции на выбранном участке строительных конструкций, при этом на разных элементах здания (потолок, стена, стропила и т.д.) выполненных из разных материалов (металл, дерево, бетон и т.д.) монтаж выполняется по-разному.

Крепление к потолку

Устройство пароизоляционного слоя на потолке требуется при выполнении работ по утеплению помещений верхних этажей здания, имеющих холодный чердак, при утеплении кровли зданий, не имеющих чердака, при теплоизоляции подвальных помещений, а также потолка в бане.

Для этих целей используются пленки различных типов, а также псевдодиффузионные мембраны.

Пленка (мембрана) должны быть цельными, чтобы закрыть всю требуемую площадь. При невозможности – укладка выполняется внахлест, составляющий 10,0 – 20,0 см.

Крепление пароизоляционной мембраны к потолку

Места стыков проклеиваются с обеих сторон строительным скотчем или специальной лентой, дабы исключить возможность проникновения влаги.

При использовании фольгированной пленки, укладка полос выполняется встык, без нахлеста. Места стыков проклеиваются алюминиевым скотчем.

При монтаже на деревянную поверхность используется строительный степлер или гвозди с большой шляпкой.

К деревянным поверхностям пароизоляцию можно крепить степлером

Пароизоляционный слой должен выходит на стены, в углах не должно быть пробелов.
По возможности, стыки полос используемого материала (пленка, мембрана) должны располагаться на стропилах или элементах каркаса потолка, что позволит надежно закрепить пароизоляцию и предотвратит отклеивание соединительной ленты (скотча).
Полотно не должно провисать, а быть в натянутом состоянии.

Потолок, обшитый пароизоляционной пленкой

Крепление к полу

При выполнении работ по утеплению пола, пароизоляция укладывается после того, как сделана гидроизоляция и уложен утеплитель.

Пленка (мембрана) должны быть цельными или соединены между собой внахлест, чтобы не было возможности проникновения паров воды в слой утеплителя.

Пароизоляция должна налегать на стены, а между ней и слоем утеплителя, должен быть воздушный зазор 45,0 – 50,0 мм.

Крепление к стене

При монтаже пароизоляции к стене внутри помещения, для ее закрепления используются оцинкованные гвозди с крупной шляпкой или скобы.

Крепление осуществляется непосредственно к поверхности стены, если это деревянная конструкция или к деревянной обрешетке, монтируемой на стене из бетона или кирпича.

При выполнении фасадных работ, пароизоляционный слой монтируется на каркасе крепления элементов отделки фасада.

Завершающий этап

В это период убираются излишки пленки (мембраны), мешающие выполнению финишной отделки утепляемого помещения (углы, излишний напуск на стену и т.д.).
Проверяется крепление смонтированного пароизоляционного барьера.

Некоторые особенности монтажа

При монтаже пароизоляционного барьера необходимо учитывать некоторые особенности выполнения работ и знать ответы на следующие вопросы:

Какой стороной монтировать пароизоляционный материал?
Как крепить пароизоляционные мембраны?
Нужен ли вентиляционный зазор?
Каким должен быть перехлёст полотен?
Нужно ли проклеивать стыки и чем?
Как долго можно оставлять мембрану открытой?

Какой стороной монтировать пароизоляционный материал

Для различных видов пароизоляционных материалов ответ на этот вопрос звучит следующим образом, это:

Полиэтиленовая пленка всех типов – ее сторона не имеет значения, т.к. они равнозначны по техническим характеристикам.
Фольгированная пленка – укладывается фольгированным слоем во внутреннее пространство помещения.
Антиконденсатная пленка – укладывается основой внутрь помещения, а антиконденсатным слоем, к строительным конструкциям.
Мембраны – укладываются гладкой стороной к утеплителю, а шершавой – во внутреннее пространство утепляемого помещения.

Как крепить пароизоляционные мембраны

Как уже было написано выше, для крепления материалов, используемых для пароизоляции, применяются специальные скобы и оцинкованные гвозди с широкой шляпкой, однако это не является надежным способом крепления, что обусловлено большой парусностью мембран.

Надежную фиксацию пароизоляции на покрываемой поверхности можно осуществить, используя контррейки, монтируемые по элементам строительных конструкций поверх пароизоляционного слоя.

При монтаже навесных фасадов, крепление пароизоляции осуществляется к элементам крепления теплоизоляции (фиксирующим дюбелям, кронштейнам крепления) посредством болтового или иного соединения, предусмотренного для закрепления теплоизолирующего слоя.

При монтаже на кровельных стыках и прочих элементах здания (оконные и дверные проемы, трубы, вентиляционные каналы и т.д.), крепление пароизоляции осуществляется с использованием двусторонних лент. На неровных поверхностях, когда невозможно использование клеящих лент, применяются специальные клеи на основе полиуретана и каучука.

Читайте также: