โรงเรียนเทศบาลตำบลวัดประดู่ ๒ (บ้านบางชุมโถ)


หมู่ที่ 1 ตำบลวัดประดู่ อำเภอเมือง สุราษฎร์ธานี
จังหวัดสุราษฎร์ธานี

ออสโมซิส การอธิบายวิธีการทำงานของระบบการออสโมซิสแบบผันกลับ

ออสโมซิส

ออสโมซิส อย่ารู้สึกโง่ถ้าเคยเห็นข่าวเกี่ยวกับภัยแล้งที่รุนแรง จากนั้นเปิดคอมพิวเตอร์เพื่อดูสกรีนเซฟเวอร์ชายหาด ที่สวยงามและคิดว่าทำไมพวกเขาถึงไม่ใช้มัน แน่นอนภายในชั่วพริบตา อาจทำคะแนนให้ตัวเองได้บ้าง ทะเลมีรสเค็ม น้ำเค็มไม่เหมาะสำหรับดื่มหรือปลูกพืช ไม่สามารถเอาเกลือออกจากน้ำได้ เช่นเดียวกับที่ไม่สามารถละลายน้ำตาลออกจากชา หรือสามารถรีเวิร์สออสโมซิสเป็นหนึ่งในกระบวนการ ที่ทำให้การแยกเกลือออกจากน้ำทะเล

หรือการกำจัดเกลือออกจากน้ำทะเลเป็นไปได้ นอกจากนี รีเวิร์สออสโมซิสยังใช้สำหรับการรีไซเคิล การบำบัดน้ำเน่าเสีย และแม้แต่การผลิตพลังงาน ปัญหาน้ำกลายเป็นภัยคุกคามโลกที่เร่งด่วนอย่างยิ่ง การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อน เช่นน้ำท่วม ฉับพลัน ในบางพื้นที่ ภัยแล้งในพื้นที่อื่น ระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้นและลดลง นอกจากนี้ ภัยคุกคามจากประชากรล้น และความต้องการและมลภาวะที่ประชากรเพิ่มขึ้น

ซึ่งน้ำกลายเป็นหนึ่งในปัญหาสิ่งแวดล้อม ที่สำคัญยิ่งที่ต้องจับตามองในรุ่นต่อไป ขณะนี้โรงงานและระบบบำบัดน้ำกำลังปรับระบบรีเวอร์สออสโมซิส เพื่อจัดการกับข้อกังวลบางประการเหล่านี้ ในเมืองเพิร์ท ประเทศออสเตรเลีย โดยเฉพาะอย่างยิ่งแห้งแล้งแต่ล้อมรอบด้วยทะเล เกือบร้อยละ 17 ของน้ำดื่มในพื้นที่เป็นน้ำทะเลที่แยกเกลือออกจากน้ำทะเลซึ่งมาจากโรงงานระบบรีเวอร์สออสโมซิส ทั่วโลก ปัจจุบันมีโรงงานกลั่นน้ำทะเลมากกว่า 13,000 แห่งทั่วโลก

ตามข้อมูลของสมาคมกลั่นน้ำทะเลนานาชาติ แต่ในขณะที่รู้ว่ารีเวิร์สออสโมซิสสามารถเปลี่ยนน้ำทะเลเป็นน้ำดื่มได้นั้นมีประโยชน์ สิ่งที่เราต้องเข้าใจจริงๆ ก็คือกระบวนการนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร สมมติว่ามีความเข้าใจที่ดีพอสมควรเกี่ยวกับคำจำกัดความของ การย้อนกลับ เราควรเริ่มต้นด้วยการดูว่าออสโมซิสทำงานอย่างไร ก่อนที่เราจะรวมทั้งสองเข้าด้วยกัน ออสโมซิสคือการผ่านหรือการแพร่ของน้ำหรือตัวทำละลายอื่นๆ ผ่านเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้

ซึ่งปิดกั้นทางผ่านของตัวถูกละลายที่ละลาย พวกเราส่วนใหญ่ไม่เป็นเช่นนั้น ด้วยเหตุนี้จึงมีคำอธิบายและการเปรียบเทียบมากมายนับไม่ถ้วนเพื่ออธิบายออสโมซิสให้ชัดเจน เราจะสำรวจบางส่วน แต่ก่อนอื่นเรามาแยกออสโมซิสออกเป็นส่วนๆ เพื่อทำความเข้าใจกับมัน ขั้นแรกเราจะแก้ปัญหา เราเริ่มต้นด้วยถ้วยน้ำเก่าที่น่าเบื่อ เพื่อเพิ่มสีสัน เราจะเรียกน้ำว่าตัวทำละลาย ซึ่งสะดวกเพราะนั่นคือสิ่งที่เป็นอยู่ เพื่อให้ตัวทำละลายมีรสชาติดีขึ้น เราจะละลายในน้ำตาลที่อร่อย

น้ำตาลเป็นตัวละลาย เพื่อให้เป็นไปตามนั้น ตอนนี้เรามีน้ำ เป็นตัวทำละลาย ที่เราละลายน้ำตาล เป็นตัวถูกละลาย เพื่อทำน้ำน้ำตาล เป็นสารละลาย ตอนนี้เรามีสารละลายแล้ว เราจะคว้าท่อตัวยู นี่ไม่ใช่วิดีโออินเทอร์เน็ตของลูกแมวและลิงกอดกัน ท่อยูเป็นบีกเกอร์ที่มีรูปร่างเป็นรูปตัวยู ตรงกลางท่อ ลองจินตนาการถึงกอร์เท็กซ์ที่ตัดตัว U ออกครึ่งหนึ่ง กอร์เท็กซ์คือเมมเบรนแบบกึ่งผ่านได้ กอร์เท็กซ์เป็นพลาสติกบางๆมีจุดเล็กๆ นับพันล้านรูที่ช่วยให้ไอน้ำผ่านเข้าไปได้

ออสโมซิส

แต่ของเหลวจะเล็ดลอดออกไปได้ ห่อสราญไม่ให้อะไรผ่าน และผ้าฝ้ายผืนหนึ่งก็ปล่อยให้อะไรผ่านไปได้ เราเทส่วนผสมน้ำน้ำตาลลงในแขนข้างหนึ่งของยูทิวบ์ อีกอันเทน้ำเก่าธรรมดา นั่นคือเวลาที่ความมหัศจรรย์ของออสโมซิสเริ่มต้นขึ้น หากพบว่าการเคลื่อนที่ของน้ำมีมนต์ขลัง ระดับของเหลวในแขนน้ำใส่น้ำตาลจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น ขณะที่ตัวทำละลาย เคลื่อนผ่านกอร์เท็กซ์เพื่อทำให้แขนทั้งสองข้างเท่ากันมากขึ้นในอัตราส่วนน้ำตาลต่อน้ำ

แต่ทำไมถึงเกิดขึ้น พูดง่ายๆเพราะน้ำต้องการหาสมดุล และเนื่องจากด้านหนึ่งของแขนเต็มไปด้วยน้ำตาล น้ำบริสุทธิ์จากอีกด้านหนึ่งจึงตัดสินใจที่จะดำเนินการต่อไปเพื่อทำให้ความเข้มข้นเท่ากันมากขึ้นหรือจนกว่าจะถึงแรงดันออสโมติก แรงดันที่เกิดขึ้นขณะที่โมเลกุลเคลื่อนที่อยู่ที่นั่น ออสโมซิส คือเมื่อตัวทำละลายของสารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำเคลื่อนผ่านเมมเบรนเพื่อไปยังสารละลายที่มีความเข้มข้นสูงกว่า ซึ่งจะทำให้สารละลายอ่อนลง

ตอนนี้หลังจากแสดงให้เห็นว่า การออสโมซิสทำงานในทิศทางเดียวนั้นเหมาะสมแล้ว เรามาโยนสิ่งเหล่านั้นออกไปนอกหน้าต่าง และกลับด้านกัน ออสโมซิสลงพลิกกลับด้าน เฟรดดี เมอร์คิวรีและเดวิด โบวีต่างรู้ดีว่าการอยู่ภายใต้ความกดดันอาจทำให้ตึกวอดทั้งหลัง ทำให้ครอบครัวแตกแยกเป็นสองฝ่าย ทำให้ผู้คนต้องอยู่บนถนน และยังสร้างเพลงที่ติดหูอย่างมากอีกด้วย สิ่งหนึ่งที่พวกเขาทิ้งไว้ แรงดันนั้นทำให้รีเวิร์สออสโมซิสทำงานด้วย

ดังนั้นเราจึงได้เรียนรู้ว่าในการออสโมซิส สารละลายที่เข้มข้นต่ำจะกรองตัวทำละลาย ส่งต่อสู่สารละลายที่เข้มข้นมากกว่า ในการรีเวิร์สออสโมซิส เพียงแค่ย้อนกลับกระบวนการ โดยทำให้ตัวทำละลายกรองออกจากความเข้มข้นสูงไปยังสารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า ดังนั้น แทนที่จะสร้างสมดุลของตัวทำละลายและตัวถูกละลายในสารละลายทั้งสองให้เท่ากัน มันคือการแยกตัวถูกละลายออกจากตัวทำละลาย แต่จากที่เราสำรวจมา

นั่นไม่ใช่สิ่งที่โซลูชันต้องการจะทำจริงๆ เราจะทำให้รีเวิร์สออสโมซิสเกิดขึ้นได้อย่างไร เช่นเดียวกับโบวีและเฟรดดี เรากดดันวิธีแก้ปัญหา ลองใช้น้ำเค็มเป็นตัวอย่าง ในการรีเวิร์สออสโมซิส เรามี สารละลาย น้ำเค็มอยู่ที่ด้านหนึ่งของถังและน้ำบริสุทธิ์ที่อีกด้านหนึ่ง คั่นด้วยเมมเบรนกึ่งซึมผ่านได้ เราจะใช้แรงดันที่ด้านน้ำเค็มของถัง เพียงพอที่จะต้านแรงดันออสโมติกตามธรรมชาติจากด้านน้ำบริสุทธิ์ จากนั้นจึงดันน้ำเค็มผ่านตัวกรอง ซึ่งต้องใช้แรงดันประมาณ 50 ถึง 60 บาร์

แต่เนื่องจากขนาดของโมเลกุล ของเกลือมีเพียงโมเลกุลของน้ำที่เล็กกว่าเท่านั้นที่จะข้ามไปอีกฝั่งหนึ่งได้ ดังนั้น จึงเติมน้ำจืดเข้าไปที่ฝั่งน้ำ แล้วทิ้งเกลืออยู่อีกด้านหนึ่งและโวลา ได้เห็นการออสโมซิสผันกลับ ในการกลั่นการรีเวิร์สออสโมซิสเกิดขึ้นเมื่อความดันที่ใช้กับสารละลายที่มีความเข้มข้นสูงทำให้ตัวทำละลายผ่านเมมเบรนไปยังสารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า ทำให้เหลือตัวถูกละลายที่มีความเข้มข้นสูงกว่าด้านหนึ่ง และมีเพียงตัวทำละลายเท่านั้นที่ด้านหนึ่ง เป็นเรื่องดีที่สามารถนิยามรีเวิร์สออสโมซิสในงานเลี้ยงอาหารค่ำได้ แต่มีการใช้รีเวิร์สออสโมซิสที่น่าสนใจอย่างน่าประหลาดใจซึ่งอาจทำให้การสนทนาน่าสนใจยิ่งขึ้น เรามาดูหน้าถัดไปเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งที่เราสามารถทำได้กับรีเวิร์สออสโมซิส

บทความที่น่าสนใจ : สะพาน สะพานขึงเคเบิลที่น่าทึ่งอีกแห่งคือเอสตายาดาสะพานในบราซิล

บทความล่าสุด