浸透圧

キムチ作りでは、新鮮でシャキッとした白菜に粗塩をふってしばらく置いておくと、白菜がしんなりして、床にたっぷり水がたまります。外から無理に絞ったわけでもないのに、白菜の中にあった水分がひとりでに外へ出てきたのです。

この現象のカギは濃度の差にあります。白菜の細胞の内側は水が多くて薄い状態ですが、塩をふった外側は塩気でいっぱいの、とても濃い状態になります。自然は両側の濃度を同じにそろえようとする性質があるので、薄い側にあった水が濃い側へ移動するのです。

このとき、白菜の細胞を包む膜は、水の分子は通しますが、水に溶けてイオンになった塩はほとんど通しません。このような膜を「半透膜(水は通すが、溶けているものはほとんど通さない膜)」と呼びます。塩は入ってこられず、白菜の中の水だけが外へ出ていくので、白菜は自然にしんなりしていくのです。

浸透は、水の分子がたえまなく四方八方に動くことで生まれる、自然な確率の現象です。半透膜の両側にいる水の分子は、どれも反対側へ渡ろうとして、絶えず膜にぶつかっています。

ところが、塩や砂糖のような溶けているもの(溶質)が多い濃い側では、水が膜を渡ろうとする傾向が薄い側より弱くなります。溶けているものが混ざると、水が「抜け出そうとする力」が小さくなるからです。よく「溶けている粒が膜の穴をふさぐから」と説明されますが、それだけでは浸透のすべてを説明できません。

けっきょく、両側から水が行き来しながらも、薄い側から濃い側へ渡る水の分子の数のほうが多くなります。その結果、水が薄い方から濃い方へかたよって流れることになります。濃い側に圧力をかけてこの流れをちょうど止めたとき、その圧力の大きさを浸透圧と呼びます。

浸透は、植物が土の中の水を根から取り込む最初の段階ではたらいています。高い葉先まで水を引き上げる力は、おもに葉から水が蒸発する蒸散作用から生まれます。植物の根毛の細胞の内側は、まわりの土の中の水よりも濃いため、土の中の水分が根の細胞の中へひとりでに入り込んできます。

しおれたレタスやほうれん草を冷たい水にひたしておくと、またパリッと元気になるのも浸透圧のおかげです。野菜の細胞の内側が外の真水より濃いため、水が細胞の中へすっと入り込み、細胞をぱんぱんに満たすのです。

逆に、のどが渇いたからといって海水を飲むと大変なことになります。海水は私たちの体液よりずっと塩辛く、その塩を出すには、腎臓が飲んだ量より多くの水を使わなければなりません。すると血液が塩辛くなり、細胞の中の水まで抜けて、体はかえって深刻な脱水状態におちいってしまいます。このように浸透圧は、生き物が水分のバランスを保つための重要な原理なのです。