Roztwór izotoniczny to płynny roztwór, który jest stabilny pod względem ciśnienia osmotycznego. Ciśnienie osmotyczne to zasadniczo ciśnienie, jakie siły zewnętrzne lub elementy wywierają na ściany komórek. W roztworze, który jest izotoniczny, ciśnienie osmotyczne jest równomierne, co oznacza, że komórki nie kurczą się ani nie cofają, ale raczej swobodnie unoszą się w stanie naturalnym. Tego rodzaju płyny mają wiele ważnych zastosowań. Są one nie tylko ważne dla eksperymentów chemicznych i badaczy, ale są również powszechnie stosowane w takich sytuacjach, jak dożylne kroplówki płynów w warunkach medycznych, a także są popularne w napojach dla sportowców i innych sportowych nawadnianiach. Gdy płyny mają taki sam podstawowy skład jak ludzka krew lub pot, mogą wchodzić w interakcje z tymi płynami lub je zastępować stosunkowo bezproblemowo. Nie powodują zmian chemicznych w organizmie i zwykle działają bardzo szybko.
Zrozumienie podstawowej toniczności
W chemii toniczność to pojęcie, które obejmuje ciśnienie niektórych płynów na komórki. Większość komórek składa się z płynu zawartego w ścianie komórkowej, zwanej błoną. Ta membrana ogólnie utrzymuje zawartość komórki, jednocześnie utrzymując elementy ze środowiska zewnętrznego na zewnątrz, ale nie oznacza to, że zawartość pozostaje niezmieniona przez otoczenie.
Gdy dwa roztwory wodne o różnych stężeniach lub toniczności są oddzielone półprzepuszczalną błoną, taką jak ściana komórkowa, woda zwykle migruje ze strony mniej stężonej lub hipotonicznej do strony bardziej stężonej lub hipertonicznej, próbując doprowadzić obie strony do równowagi. Proces ten znany jest jako osmoza. Im większa różnica stężeń obu roztworów, tym wyższe będzie ciśnienie osmotyczne, aw konsekwencji szybszy będzie transfer osmotyczny.
Wpływ na żywe komórki
Jeśli żywa komórka, ludzka, zwierzęca lub roślinna, zostanie umieszczona w naczyniu z czystą wodą, ciśnienie osmotyczne prawie zawsze spowoduje migrację wody z naczynia do komórki, powodując pęcznienie i prawdopodobnie pęknięcie komórki. I odwrotnie, jeśli komórka zostanie umieszczona w naczyniu z wodą, która zawiera substancję rozpuszczoną w wyższym stężeniu niż komórka, woda wypłynie z komórki do roztworu, powodując kurczenie się i śmierć komórki. Jeśli komórka zostanie umieszczona w naczyniu z roztworem izotonicznym, nie będzie ruchu netto wody. Żywe komórki mają znaczną koncentrację substancji rozpuszczonych i są bardzo wrażliwe na środowisko zewnętrzne.
Jest to natura osmozy, że tożsamość substancji rozpuszczonej nie ma znaczenia. Tak więc sole, cukry i inne rozpuszczalne związki są skuteczne w regulacji ciśnienia osmotycznego. Wszystkie można wykorzystać do przygotowania płynów i roztworów izotonicznych.
Znaczenie w kroplówkach płynów
Jednym z najważniejszych zastosowań płynów i roztworów izotonicznych jest medycyna, a badacze medyczni często poświęcają dużo czasu na badanie i rozumienie toniczności w odniesieniu do różnych procesów zachodzących w organizmie. Na ogół komórki będą rosły tylko w roztworach izotonicznych, a każdy lek podawany dożylnie musi być dostosowany tak, aby był skutecznie izotoniczny z ludzką krwią. Standardowym środkiem pomiarowym jest chlorek sodu; 0.9% roztwór chlorku sodu jest uważany za izotoniczny z krwią, chociaż w rzeczywistości jego ciśnienie osmotyczne jest w rzeczywistości nieco wyższe.
To rozwiązanie jest często stosowane do wzmocnienia i stabilizacji kroplówek dożylnych, a czasem nawet zastrzyków i szczepień. Przygotowanie różnych leków i terapii w chlorku sodu może również pomóc w bardziej równomiernym rozproszeniu i utrzymaniu bardziej jednolitej konsystencji.
Opcje napojów sportowych
Napoje dla sportowców, w zasadzie napoje wzbogacone elektrolitami i cukrami w celu uzupełnienia tych, które wydzielają się z potem podczas intensywnych ćwiczeń, są zazwyczaj izotoniczne, hipertoniczne lub hipotoniczne, w zależności od receptury producenta. Roztwory izotoniczne zawierające te substancje są ogólnie uważane za najlepsze dla osób zaangażowanych w normalną aktywność sportową, podczas gdy wersje hipertoniczne są bardziej nastawione na dostarczanie energii podczas długotrwałych wydarzeń o wysokiej wytrzymałości. Z kolei hipotoniczne napoje dla sportowców są ogólnie najlepsze dla sportowców, którzy potrzebują płynów bez zastrzyku energii z dodanych węglowodanów.