Một số khái niệm dễ gây nhầm lẫn trong rối loạn nước –điện giải. Phần 2: mol và osmol

by Linh H. Vo on Monday, March 12, 2012 at 8:27pm (facebook)

Chất không phân ly và định luật Avogadro

Chất không phân ly (non-dissociable substance) là chất không thể phân nhỏ ra hơn nữa khi nó được hòa tan vào dung môi (nước).

Thí dụ:

NaCl là một chất phân ly, vì khi vào nước nó sẽ phân ly thành 2 phần tử là Na+ và Cl-. Vì Na+ và Cl-  không thể phân chia nhỏ ra nữa nên được gọi là chất không phân ly.

Urea và glucose là những chất không phân ly vì khi vào nước chúng không thể phân chia nhỏ ra được nữa.

Định luật Avogadro cho biết: “1 mol của bất kỳ một chất không phân ly chứa cùng một số phần tử (particles) xấp xỉ bằng 6.02 x 10^23 “

Phần tử (particle) là thuật ngữ bao gồm cả phân tử (molecule) hoặc nguyên tử (atom) tùy theo ngữ cảnh.

Theo định luât này, 180 gram glucose (1 mol)  và 60 gram urea (1mol)  có chứa cùng một số phần tử (particles) là 6.02 x 10^23

Tuy nhiên, định luật này không thể áp dụng cho NaCl vì NaCl là một chất phân ly.

Mol vs osmol vs osmotic pressure vs osmolality  vs osmolarity.

Áp suất thẩm thấu

Áp suất thẩm thấu (osmotic pressure)  được định nghĩa là áp suất thủy tĩnh dùng để ngăn cản sự di chuyển của dung môi ngang qua màng bán thấm từ nơi có nồng độ chất hòa tan thấp cao đến nơi có nồng độ  chất hòa tan cao.

Chúng ta quan sát hai dung dịch có nồng độ chất hòa tan khác nhau và cách nhau bởi một màng bán thấm. Màng bán thấm này không cho chất hòa tan mà chỉ cho nước đi qua.

Ngay sau khi hai dung dịch này tiếp xúc với nhau qua màng bán thấm, nước (dung môi) sẽ di chuyển ngang qua màng bán thấm từ khoang có nồng độ chất hòa tan thấp đến khoang có nồng độ cao cho đến khi đạt trạng thái cân bằng. Hiện tượng này được gọi là thẩm thấu (osmosis).

Nếu chúng ta dùng một áp suất thủy tĩnh “ép” lên khoang có nồng độ chất hòa ta cao, làm cho nước không thể di chuyển qua màng bán thấm từ khoang bên kia thì áp suất thủy tĩnh này được gọi là áp suất thẩm thấu.  

Áp suất thẩm thấu là yếu tố quyết định sự phân bố nước giữa các khoang dịch cơ thể, đặc biệt giữa dịch nội bào và dịch ngoại bào, trong đó màng tế bào được xem như là một màng bán thấm.

Người ta thấy rằng áp suất thẩm thấu của một chất được tạo ra bởi một dung dịch:

tỷ lệ với số lượng của phần tử (particle) trong từng đơn vị thể tích dung môi

không tỷ lệ với loại, hóa trị hay khối lượng của các phần tử đó.

Như vậy khi đề cập đến khả năng tạo ra áp suất thẩm thấu của một chất hòa tan, người ta muốn biết khi chất này được cho vào dung môi thì nó sẽ cho ra bao nhiêu phần tử (particle). Nếu khởi đầu với cùng một số phần tử như nhau (6.02 x 10^23 trong một mol), thì các chất sẽ tạo ra áp suất thẩm thấu khác nhau tùy theo khả năng phân ly của chất đó trong dung môi.

Đơn vị đo áp suất thẩm thấu là osmole.

Một osmole được định nghĩa là 1 mol của một chất không phân ly và chứa 6.02 x 10^23 phần tử. (particles).

Như vậy, nếu chúng ta cho

180 g glucose vào 1  lít nước

60 g urea vào 1 lít nước

Khi đó 2 dung dịch này:

tạo ra một nồng độ như nhau là 1mol/L

1 lít các dung dịch này đều chứa cùng một số 6.02 x 10^23 phần tử (particle)

đều tạo ra một áp suất thẩm thấu là 1 osmol/kg nước (dung môi)

áp suất thẩm thấu của các dung dịch này chỉ liên quan đến số phần tử có trong nó (6.02 x 10^23  phần tử )mà không liên quan đến loại, hóa trị hoặc khối lượng của phần tử chứa trong nó.

Nồng độ thẩm thấu

Trở lại khái niệm áp suất thẩm thấu như đã mô tả trong hình trên, chúng ta thấy để đo một áp suất thẩm thấu chúng ta cần đo áp suất thủy tĩnh áp dụng lên khoang dung dịch.

Tuy nhiên, trong phòng thí nghiệm, khả năng tạo thẩm thấu của một dung dịch không đo bằng áp suất thẩm thấu  như cách mô tả với áp suất thủy tĩnh và màng bán thấm như trên, mà dựa vào đặc tính của chất hòa tan, như khả năng làm giảm điểm đông lạnh (freezing point) hoặc áp suất bay hơi của nước. Cách đo này cho ra khái niệm nồng độ thẩm thấu (osmolality).

Nước không có chất hòa tan sẽ đông lại ở 0 độ C. Nếu 1 osmol của bất kỳ chất hòa tan (hoặc kết hợp của nhiều chất hòa tan) được thêm vào 1 kg nước, điểm đông lạnh (freezing point) của nước này sẽ giảm đi 1.85 độ C. Quan sát này được dùng để tính nồng độ thẩm thấu (osmolality) của một dung dịch. Sự quan sát này dựa trên sự thêm các osmol chất hòa tan vào 1 kg dung môi nên osmolality đơn vị là mosmol/kg dung môi.

(Cách nhớ: osmol --> lality --> osmolality rồi nhớ cách đo là thêm osmol vào kg dung môi --> osmolality = mosmol/kg dung môi. Chúng ta cần phân biệt với khái niệm osmolarity là mosmol/L dung dịch)

Thí dụ:  freezing point của nước huyết tương bình thường khoảng – 0.521 độ C. Điều này tương ứng với osmolality là 0.280 osmol/kg hay 280 mosmol/kg dung môi.

Tỷ trọng của huyết tương là 1.01 và 1 lít nước có khối lượng xấp xỉ 1 kg nên 1 lít huyết tương xem như có khối lượng bằng 1 kg nước.

Dịch cơ thể tương đối loãng nên áp suất thẩm thấu được do theo đơn vị miliosmol (mosmol)

                         mosmol  = n x mmol với n là số phần tử (particle) được phân ly cho mỗi phân tử (molecule).

Đa số chất hoàn tan được đo trong phòng thí nghiệm theo đơn vị mmol/L nên công thức sau đây được dùng để đổi sang mosmol/kg.( Ghi chú 1 lít huyết tương có khối lượng xấp xỉ của 1 kg nước)

                          mosmol/kg = n x mmol/L

Na, Cl, Ca, urea, glucose có n = 1 nên mỗi mmol/L sẽ tạo ra một áp suất thẩm thấu mosmol/kg

Nếu phức hợp phân ly thành hai hay nhiều hơn particle, 1 mmol/L sẽ tạo ra một áp suất thẩm thấu nhiều hơn 1 mosmol/kg.

Thí dụ: Nếu chúng ta cho 1 mmol NaCl và một lít nước. Trong cơ thể, do tương tác ion làm giảm chuyển động ngẫu nhiên của NaCl nên chỉ có 75 % NaCl phân ly. Do đó, 1 mmol/L của dung dịch NaCl sẽ có:

0.75 mmol/ L của Na+  --> 0.75 mosmol/kg

0.75 mmol/ L của Cl- --> 0.75 mosmol/kg

và 0.25 momol/L của NaCl  --> 0.25 mosmol/kg

Tổng cộng là 1.75 mmosmol/kg

Vậy 1 mmol/L của  NaCl sẽ tạo ra một áp suất thẩm thấu là 1.75 mosmol/kg  (chứ không phải 2 mmosmol/kg như chúng ta ...suy đoán!)

Tóm tắt Phần 2

Với cùng một mol nhưng nếu chất đó phân ly thành nhiều phần tử trong nước  hơn thì chất đó tạo áp suất thẩm thấu cao hơn.

Osmol/kg là đơn vị áp suất thẩm thấu. Osmol  bao hàm số mol và khả năng phân ly của chất hòa tan đó trong dung môi.

Tóm tắt Phần 1 và Phần 2

Ý nghĩa quan trọng của khái niệm mol là một mol của bất kỳ một chất nào cũng chứa cùng một số phần tử (6.02 x 10^23)

Cùng một mol nhưng điện tích ion (hóa trị) khác nhau sẽ cho lực kết hợp ion khác nhau -- >số meq khác nhau.  mEq phản ảnh số mole của một chất và điện tích ion của chất đó --> lực kết hợp ion

Cùng một số mol nhưng khả năng phân ly trong dung môi khác nhau --> số phần tử trong dung dịch khác nhau -->áp suất thẩm thấu khác nhau --> mosmol phản ảnh số mole và khả năng phân ly để tạo áp suất thẩm thẩm của một chất trong dung dịch.

xem lại phần 1