滲透（Osmosis）和半透膜（Semipermeable Membrane）

滲透（Osmosis）和半透膜（Semipermeable Membrane）
國立台灣大學化學系陳藹然博士/國立臺灣大學化學系黃俊誠博士責任編輯

溶液（Solution）理論的發展開始於物質的溶解性與溶解度的測量，化學家真正對溶液的深入研究是從溶液某些性質的發現，如滲透壓（Osmotic pressure）。當一張半透膜（Semipermeable membrane）隔開溶液和純溶劑或兩種不同濃度的溶液時，由於兩端溶液濃度的差異，純溶劑或低濃度溶液端的溶劑會通過半透膜滲入至高濃度端，這一現象稱為滲透。高濃度端的液面開始上升，當液面升至某一高度就會停止上升，因為液面高度所增加的液壓差稱為滲透壓。

半透膜是一種只容許某種物質穿透具篩選作用的薄膜，生物組織如動物膀胱壁、腸衣或皮膚…等都是。

法國物理學家諾勒（Jean-Antoine Nollet，1700−1770）在1748年為了改進酒的製作過程實驗中，把酒精裝滿玻璃圓筒並將筒口以豬膀胱膜封住，當圓筒浸入水中後，膀胱膜向外膨脹最後撐破，顯示出水透過此膀胱膜進入筒內。雖然他最早觀察到滲透現象，但是並沒有提出滲透這個概念。

一直到1830年同為法國人的生理學家杜特羅夏（Henri Dutrochet，1776−1847），他用一個鐘罩型的玻璃容器，開口端以羊皮紙封住，另一端插入一支長玻璃管，將不同物質或濃度的溶液倒入容器後，把容器浸入水槽，觀察到玻璃管內溶液的液面開始上升。杜特羅夏認為，玻璃管內液面的上升來自於水槽內的水通過羊皮紙進入容器內所造成，而水的遷移同時造成了壓力。他將此現象命名為「滲透」，取自於希臘文的ώσμωση，意謂「推進」。此外，因為他還觀察到液面的上升高度和溶液的濃度成正比，他也是最早對滲透進行半定量研究的科學家。

1848年德國化學家維洛爾特（Karl von Vierordt，1818-1884）證實杜特羅夏的理論。他發現利用動物膜進行滲透實驗時，溶劑和溶質分子皆可通過動物膜，但是因為兩種分子通過膜的速度不同，根據溶質與溶劑的滲透相對速度造成暫時性、不穩定的滲透壓力。由於動物膜構造不堅固易破裂，無法承受高濃度溶液的高滲透壓。

1854年，創立英國化學學會的蘇格蘭化學家湯瑪斯•格銳目（Thomas Graham，1805−1869）在實驗中發現溶質擴散通過半透膜的速率比膠體粒子快，並提出了透析（dialysis）的概念和基礎理論。接著德國生理學家（Adolf Eugen Fick，1829−1901）為研究氣體分子擴散現象，於1865年製備出人類史上第一張硝化纖維素有機膜。第一個人造的無機半透膜是1867年由德國的生理化學家特勞貝（Moritz Traube，1826−1894）所製造出來，他將亞鐵氰化銅（Cu2Fe(CN)6）或含丹寧酸之膠狀物沉積在多孔陶壁上形成薄膜。這種無機半透膜又稱為分子篩（molecule sieves）非常堅固，可承受數百大氣壓的滲透壓，將滲透壓持久顯示出來，後繼研究滲透的科學家如德國植物學家浦菲弗（Wilhelm Pfeffer，1854-1920）和荷蘭物理化學家凡特合夫（Van’t Hoff，1852−1911）等人，都是採用特勞貝的半透膜。

參考資料：
1. 趙匡華，化學通史，凡異出版社，第530-531頁，1992.
2. Osmosis. http://en.wikipedia.org/wiki/Osmosis
3. 最小心眼的薄膜－－逆滲透膜與奈米濾膜。http://web1.nsc.gov.tw/fp.aspx?ctNode=4 … 10125&mp=1
4. Moritz Traube. http://en.wikipedia.org/wiki/Moritz_Traube