અંત:શોષણ

અંત:શોષણ (imbibition) : વનસ્પતિઓમાં થતા પાણીના પ્રસરણનો વિશિષ્ટ પ્રકાર. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન અધિશોષક(adsorbent)ની હાજરીમાં પાણીનું ચોખ્ખું વહન પ્રસરણ-પ્રવણતા (diffusion gradient)ની દિશામાં થાય છે. જો શુષ્ક વનસ્પતિ-દ્રવ્ય પાણીમાં મૂકવામાં આવે તો તે પુષ્કળ પ્રમાણમાં ફૂલે છે; દા.ત., લાકડાંનાં બારી-બારણાં ચોમાસામાં ફૂલી જાય છે. શુષ્ક લાકડું એક સારા અધિશોષક તરીકે વર્તે છે. જો અધિશોષક અત્યંત મર્યાદિત કદ ધરાવતો હોય અને તેને પાણીનું અંત:શોષણ કરવા દેવામાં આવે તો અસાધારણ દબાણ ઉત્પન્ન કરી શકે છે.

અંત:શોષણની પ્રક્રિયા માટેની બે શરતો છે : (1) અધિશોષકની સપાટી અને અંત:શોષિત (imbibed) પ્રવાહી વચ્ચે જલવિભવ(water potential)-પ્રવણતા હોવી જોઈએ, અને (2) અધિશોષકની ઘટકો અને અંત:શોષિત પદાર્થ વચ્ચે આકર્ષણ હોવું જોઈએ. શુષ્ક વનસ્પતિ-દ્રવ્યોમાં ખૂબ ઋણાત્મક જલવિભવ હોય છે. દા.ત., કેટલાંક શુષ્ક બીજમાં 900 બાર જેટલો જલવિભવ હોય છે. તેથી, આવું દ્રવ્ય શુદ્ધ પાણીમાં મૂકતાં જલવિભવ પ્રવણતાનો ઊભો ઢાળ પ્રસ્થાપિત થાય છે અને અધિશોષકની સપાટી તરફ પાણી અત્યંત ઝડપી પ્રસરણ કરે છે. જ્યાં સુધી અધિશોષકની સપાટી અને અંત:શોષણ પામતા પાણીના જલવિભવ સરખાં ન બને ત્યાં સુધી પાણીના અધિશોષણની ક્રિયા ચાલુ રહે છે. આ સમયે સમતોલન થતાં અંત:શોષણની પ્રક્રિયા અટકી જાય છે અને પાણીનું બંને દિશામાં સમાન જથ્થામાં પ્રસરણ થાય છે.

અધિશોષક બધા જ પ્રકારનાં પ્રવાહીનું અંત:શોષણ કરતો નથી; દા.ત., શુષ્ક વનસ્પતિ-દ્રવ્યને ઈથરમાં રાખતાં તે થોડાક જ પ્રમાણમાં ફૂલે છે. જોકે રબર ઈથરનું અંત:શોષણ કરી શકે છે અને પુષ્કળ પ્રમાણમાં ફૂલે છે, પરંતુ રબર પાણીનું અંત:શોષણ કરી શકતું નથી. આમ, અધિશોષકના ઘટકો અને અંત:શોષિત પદાર્થ વચ્ચે નિશ્ચિત આકર્ષણબળ હોવું જોઈએ.

જીવંત અને મૃત વનસ્પતિકોષોમાં કાંજી, પ્રોટીન, સેલ્યુલોસ, જિલેટીન, લિગ્નિન અને અગર જેવાં કલિલદ્રવ્યો પુષ્કળ પ્રમાણમાં હોય છે. તેઓ જલરાગી હોવાથી પાણીના અણુઓ સાથે ખૂબ આકર્ષણબળ ધરાવે છે. અંત:શોષણની પ્રક્રિયામાં આ જલરાગી કલિલોની સપાટીઓ દ્વારા થતું અધિશોષણ (adsorption) અત્યંત મહત્ત્વ ધરાવે છે. બીજમાં કલિલદ્રવ્યની સાંદ્રતા ઊંચી હોવાથી તે ખૂબ સારું અધિશોષક ગણાય છે. અંકુરણ પામતાં બીજમાં પ્રવેશતું પાણી મોટેભાગે અંત:શોષણની પ્રક્રિયાને આભારી છે. લિગ્નિનયુક્ત દીવાલવાળી જલવાહિની પાણીનું અંત:શોષણ કરી રસારોહણ(ascent of sap)ની પ્રક્રિયા કરે છે. આવાં અધિશોષકોને કારણે જૈવિક તંત્રનો જલવિભવ વધારે ઋણ બને છે. આ દ્રવ્યો દ્વારા ઉદભવતા બળને અંત:શોષણ-દાબ (imbibition pressure) કહે છે. જોકે હવે આ દાબને મેટ્રિક પોટૅન્શિયલ તરીકે ઓળખાવવામાં આવે છે અને તેને ‘ym’ દ્વારા દર્શાવાય છે. તે પરાસરણ વિભવ(osmotic potential)ને સમરૂપ (analogous) છે અને શુદ્ધ પાણીમાં અધિશોષકને ડુબાડતાં ઉત્પન્ન થતો મહત્તમ દાબ દર્શાવે છે. પાણીના અંત:શોષણથી ઉદભવતું વાસ્તવિક દબાણ સ્ફીતિ-દાબ (turgor pressure) કે દાબ-વિભવ (pressure potential) હોઈ શકે છે. તેથી, wΨ = mΨ + pΨ; જ્યાં wΨ જલવિભવ; mΨ મૅટ્રિક પોટૅન્શિયલ અને pΨ સ્ફીતિદાબ છે.

આ સમીકરણ પરાસરણી તંત્રોમાં ઉપયોગમાં લેવાતા સમીકરણ જેવું છે; જ્યાં પરાસરણ-વિભવ (osmotic potential) અને સ્ફીતિદાબનો સરવાળો જલવિભવ જેટલો થાય છે. (wΨ = sΨ + Ψ_p) મેટ્રિક પોટૅન્શિયલ હંમેશાં ઋણ હોય છે. અમર્યાદિત કદ ધરાવતાં અધિશોષક દ્વારા સ્ફીતિદાબ ઉદભવતો નથી અને તેવી સ્થિતિમાં જલવિભવ મેટ્રિક પોટૅન્શિયલ બરાબર હોય છે. તેથી,

wΨ = mΨ

ગાડરિયાં(Xanthium dennsylvanicum)ના વાયુશુષ્ક (air dried) બીજનો મેટ્રિક પોટૅન્શિયલ – 1000 બાર સુધી પહોંચે છે. આવાં બીજને શુદ્ધ પાણીમાં ડુબાડતાં અંત:શોષણની પ્રક્રિયા શરૂ થાય છે. આ પ્રક્રિયા અટકે ત્યારે બહારના અને અંદરના પાણીનો જલવિભવ શૂન્ય થાય છે. જો આ બીજને -500 બાર જલવિભવ અને -50 બાર પરાસરણ-વિભવ ધરાવતા NaClના દ્રાવણમાં રાખવામાં આવે તો સમતોલન-સમયે બીજમાં રહેલા પાણીનો જલવિભવ -50 બાર થાય છે.

અંત:શોષણની સીમા અને દર પર તાપમાન અને અંત:શોષણ પામતા પદાર્થનો પરાસરણ-વિભવ અસર કરે છે. અધિશોષક દ્વારા થતી પાણીની શોષણની પ્રક્રિયા પર તાપમાન અસર કરતું નહિ હોવા છતાં અંત:શોષણના દર પર તેની નિશ્ચિત અસર હોય છે. તાપમાનના વધારા સાથે અંત:શોષણનો દર વધે છે.

સારણી 1 : ગાડરિયાના વાયુશુષ્ક બીજ દ્વારા થતા અંત:શોષણમાં પરાસરણ–વિભવની અસર

મોલર સાંદ્રતા	48 કલાક પછી અંત:શોષણ પામેલું પાણી શુષ્ક વજનના ટકા	પરાસરણ–દાબ (વાતાવરણ–દાબ)
H2O	51.58	0.0
0.1M NaCl	46.33	3.8
0.2M NaCl	45.52	7.6
0.3M NaCl	42.05	11.4
0.4M NaCl	40.27	15.2
0.5M NaCl	38.98	19.0
0.6M NaCl	35.18	22.8
0.7M NaCl	32.85	26.6
0.8M NaCl	31.12	30.4
0.9M NaCl	29.79	34.2
1.0M NaCl	26.73	38.0
2.0M NaCl	18.55	72.0
4.0M NaCl	11.76	130.0
Sat. NaCl	6.35	375.0
Sat. LiCl	-0.29	965.0

અંત:શોષણના દર અને શોષાતા પાણીના જથ્થા પર પદાર્થનો પરાસરણ-વિભવ અસર કરે છે. શુદ્ધ પાણીમાં દ્રાવ્ય પદાર્થ ઉમેરતાં જલવિભવ ઋણ બને છે. આ ઉમેરણથી દ્રાવણ અને અધિશોષકના પાણીના જલવિભવોની પ્રવણતામાં ફેરફાર થાય છે. તેથી શુદ્ધ પાણીની તુલનામાં જલવિભવ-પ્રવણતાના ઊભા ઢાળમાં ઘટાડો થતાં પાણીના અંત:શોષણના દરમાં ઘટાડો થાય છે. ગાડરિયાનાં વાયુશુષ્ક બીજ દ્વારા થતા અંત:શોષણમાં પરાસરણ-વિભવની અસર સારણી 1માં આપવામાં  આવી છે.

અંત:શોષણને લીધે અધિશોષકનું કદ વધે છે. જોકે અંત:શોષણ શરૂ થતાં પહેલાંના તંત્રના કુલ કદ (અધિશોષકનું કદ + જેમાં અધિશોષકનો ડુબાડવામાં આવ્યો છે તે પ્રવાહીનું કદ) કરતાં અંત:શોષણ બાદ તંત્રનું કુલ કદ હંમેશાં ઓછું હોય છે. અધિશોષકમાં રહેલા કલિલદ્રવ્ય દ્વારા અધિશોષિત થયેલા પાણીના અણુઓ પ્રમાણમાં વધારે ખીચોખીચ ગોઠવાવાને લીધે કદમાં ઘટાડો થાય છે.

પાણીના અણુઓના થતા ખીચોખીચ અધિશોષણને પરિણામે આ અણુઓમાં રહેલી કાર્યશક્તિનો કેટલોક વ્યય થાય છે. આ વ્યય ઉષ્મા-સ્વરૂપે થાય છે તેથી અંત:શોષણ પછી તંત્રના તાપમાનમાં હંમેશાં વધારો થાય છે.

બળદેવભાઈ પટેલ

પદ્મજા જોશી