Osmose er en proces, der opstår mellem to beholdere adskilt af en semi-permeabel barriere. Hvis barrieren har porer, der er store nok til at tillade vandmolekyler at passere, men små nok til at blokere molekylerne i en opløst stof, vil vand strømme fra siden med den mindre koncentration af opløst stof til siden med det større koncentration. Denne proces fortsætter, indtil enten koncentrationen af opløst stof er lig på begge sider eller den trykmodstand volumenændring på siden med større koncentration overstiger kraften, der kører vandet gennem barrieren. Dette tryk er osmotisk eller hydrostatisk tryk, og det varierer direkte med forskellen i koncentrationen af opløst stof mellem de to sider.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Det osmotiske tryk, der driver vand over en uigennemtrængelig barriere, stiger med forskellen i koncentrationer af opløste stoffer på begge sider af barrieren. I en opløsning med mere end et opløst stof summeres koncentrationerne af alle de opløste stoffer for at bestemme den samlede opløste koncentration. Osmotisk tryk afhænger kun af antallet af opløste partikler, ikke af deres sammensætning.
Osmotisk (hydrostatisk) tryk
Den egentlige mikroskopiske proces, der driver osmose, er lidt mystisk, men forskere beskriver det på denne måde: Vandmolekyler er er en tilstand af konstant bevægelse, og de vandrer frit gennem en ubegrænset beholder for at udligne deres koncentration. Hvis du indsætter en barriere i containeren, som de kan passere igennem, gør de det. Men hvis den ene side af barrieren indeholder en opløsning med partikler, der er for store til at komme igennem barrieren, skal vandmolekylerne, der passerer igennem fra den anden side, dele plads med dem. Volumenet på siden med det opløste stof stiger, indtil antallet af vandmolekyler på begge sider er ens.
At øge koncentrationen af opløst stof reducerer den ledige plads til vandmolekyler, hvilket reducerer deres antal. Dette øger igen vandets tendens til at strømme ind i den side fra den anden side. For at antropomorfisere lidt, jo større forskel i koncentration af vandmolekyler, jo mere vil de "bevæge sig" over barrieren til den side, der indeholder det opløste stof.
Forskere kalder dette trang til osmotisk tryk eller hydrostatisk tryk, og det er en målbar mængde. Sæt et låg på en stiv beholder for at forhindre, at lydstyrken ændres, og mål det nødvendige tryk for at holde vandet stiger, mens du måler koncentrationen af opløsningen på den side, der er mest opløst. Når der ikke sker nogen yderligere koncentrationsændring, er det tryk, du udøver på dækslet, det osmotiske tryk, forudsat at koncentrationerne på begge sider ikke er udlignet.
Forholdet mellem osmotisk tryk og koncentration i opløsningen
I de fleste reelle situationer, såsom rødder, der trækker fugt fra jorden eller celler, der udveksler væske med deres omgivelser, findes der en vis koncentration af opløste stoffer på begge sider af en semi-permeabel barriere, såsom en rod eller cellevæg. Osmose opstår, så længe koncentrationerne er forskellige, og det osmotiske tryk er direkte proportionalt med koncentrationsforskellen. I matematiske termer:
P = RT (∆C)
hvor T er temperaturen i Kelvins, ∆C er forskellen i koncentrationer, og R er den ideelle gaskonstant.
Osmotisk tryk afhænger ikke af størrelsen af de opløste molekyler eller deres sammensætning. Det afhænger kun af hvor mange af dem der er. Således, hvis mere end et opløst stof er til stede i en opløsning, er det osmotiske tryk:
P = RT (C1 + C2 +... Cn)
hvor C1 er koncentrationen af opløst stof og så videre.
Test det selv
Det er let at få en hurtig idé om effekten af koncentration på osmotisk tryk. Bland en spiseskefuld salt i et glas vand og læg i en gulerod. Vand vil strømme ud af guleroden i det salte vand ved osmose, og guleroden krymper. Forøg nu saltkoncentrationen til to eller tre spiseskefulde, og registrer, hvor meget hurtigere og mere gulerodene krymper.
Vandet i en gulerod indeholder salt og andre opløste stoffer, så det modsatte sker, hvis du nedsænker det i destilleret vand: Guleroden svulmer op. Tilsæt en lille mængde salt, og registrer, hvor meget mindre tid det tager for guleroden at svulme op, eller om den svulmer op i samme størrelse. Hvis guleroden ikke svulmer op eller krymper, er det lykkedes dig at fremstille en opløsning, der har samme saltkoncentration som guleroden.