渗透作用
shèn tòu zuò yòng
渗透作用是水分子通过选择透过性膜，从水浓度较高处向水浓度较低处扩散的过程。
Definition
渗透作用是水分子通过一层允许水通过、却阻挡盐或糖等较大物质的膜发生的移动，水会朝着溶质更多的一侧移动。它是指水分子通过选择透过性膜，从溶质浓度较低（水较多）的一侧扩散到溶质浓度较高（水较少）的一侧，这一过程不需要消耗能量；处于低渗溶液中的细胞会吸水膨胀，处于高渗溶液中的细胞会失水皱缩，而处于等渗溶液中的细胞则会保持原来的大小。从物理学角度看，这是溶剂顺着自身化学势梯度发生的净流动，等价于从渗透压较低处流向渗透压较高处。稀溶液的渗透压遵循范特霍夫关系式$\Pi = iMRT$，其中$i$是每个化学式单元解离出的粒子数，$M$是摩尔浓度，$R$是气体常数，$T$是绝对温度。水分子自身穿过双分子层的速度较慢，但通过水通道蛋白则能快速通过，生物体则利用离子泵、伸缩泡、细胞壁或肾脏来调节细胞体积。
Example
在一片黄瓜上撒盐，几分钟之内表面就会渗出水珠，这是水分从黄瓜细胞内部移向盐分较高的外部所致。红细胞放入纯水中会膨胀并涨破，而放入$10$百分比的盐溶液中则会皱缩；医院使用的生理盐水浓度是$0.9$百分比的NaCl，因为这一浓度与血液等渗，细胞既不会吸水也不会失水。对于$310\ \text{K}$下浓度为$0.15\ \text{M}$的NaCl（即生理盐水，$i = 2$）而言，$\Pi = 2 \times 0.15 \times 0.08206 \times 310 \approx 7.6\ \text{atm}$，这正是要阻止水从盐水一侧进入纯水小室所必须施加的压力。
Key Insight
渗透作用正是你泡澡时手指会起皱、以及萎蔫的植物在浇水后能重新振作起来的原因；水分子总是在不停移动，力图让两侧达到平衡。水分子是朝溶质浓度更高的一侧移动，而不是远离它，因此可以把这个过程理解为：水在不断稀释较咸的那一侧，直到两侧浓度相等为止。反渗透海水淡化技术通过施加大于$\Pi$的压力，迫使水分逆着其自然方向从海水中被压出，由于海水的渗透压约为$27\ \text{atm}$，这正是任何淡化方法在单位体积上都必须支付的最低能量成本。