Osmose ist ein Prozess, der zwischen zwei Behältern stattfindet, die durch eine semipermeable Barriere getrennt sind. Wenn die Barriere Poren hat, die groß genug sind, um Wassermoleküle passieren zu lassen, aber klein genug, um die Moleküle von a. zu blockieren gelöst, Wasser fließt von der Seite mit der kleineren Konzentration des gelösten Stoffes zur Seite mit der größeren Konzentration. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis entweder die Konzentration des gelösten Stoffes auf beiden Seiten gleich ist oder der Druck widersteht Die Volumenänderung auf der Seite mit der höheren Konzentration übersteigt die Kraft, die das Wasser durch die Barriere treibt. Dieser Druck ist osmotischer oder hydrostatischer Druck und variiert direkt mit der Differenz der Konzentration des gelösten Stoffes zwischen den beiden Seiten.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Der osmotische Druck, der Wasser durch eine undurchlässige Barriere treibt, nimmt mit der Differenz der Konzentrationen der gelösten Stoffe auf beiden Seiten der Barriere zu. Summieren Sie in einer Lösung mit mehr als einem gelösten Stoff die Konzentrationen aller gelösten Stoffe, um die Gesamtkonzentration des gelösten Stoffes zu bestimmen. Der osmotische Druck hängt nur von der Anzahl der gelösten Teilchen ab, nicht von ihrer Zusammensetzung.
Osmotischer (hydrostatischer) Druck
Der eigentliche mikroskopische Prozess, der die Osmose antreibt, ist etwas mysteriös, aber Wissenschaftler beschreiben es so: Wassermoleküle Sie sind ein Zustand ständiger Bewegung, und sie wandern frei durch einen uneingeschränkten Behälter, um ihre Konzentration. Wenn Sie eine Barriere in den Container einfügen, durch die sie passieren können, werden sie dies tun. Enthält eine Seite der Barriere jedoch eine Lösung mit Partikeln, die zu groß sind, um die Barriere zu passieren, müssen sich die Wassermoleküle, die von der anderen Seite passieren, Raum mit ihnen teilen. Das Volumen auf der Seite mit dem gelösten Stoff nimmt zu, bis die Anzahl der Wassermoleküle auf beiden Seiten gleich ist.
Eine Erhöhung der Konzentration des gelösten Stoffes verringert den verfügbaren Platz für Wassermoleküle, was ihre Anzahl verringert. Dies wiederum erhöht die Tendenz des Wassers, von der anderen Seite in diese Seite zu fließen. Um es leicht zu vermenschlichen: Je größer der Konzentrationsunterschied der Wassermoleküle ist, desto mehr "wollen" sie sich über die Barriere zu der Seite bewegen, die den gelösten Stoff enthält.
Wissenschaftler nennen dies Verlangen osmotischen Druck oder hydrostatischen Druck, und es ist eine messbare Größe. Setzen Sie einen Deckel auf einen starren Behälter, um zu verhindern, dass sich das Volumen ändert, und messen Sie den Druck, der zum Halten erforderlich ist das Wasser am Aufsteigen, während Sie die Konzentration der Lösung auf der Seite mit dem meisten gelösten Stoff messen. Wenn keine weitere Konzentrationsänderung auftritt, ist der Druck, den Sie auf die Abdeckung ausüben, der osmotische Druck, vorausgesetzt, die Konzentrationen auf beiden Seiten haben sich nicht angeglichen.
Osmotischer Druck mit der Konzentration gelöster Stoffe in Beziehung setzen
In den meisten realen Situationen, wie z. B. Wurzeln, die Feuchtigkeit aus dem Boden ziehen oder Zellen, die Flüssigkeiten mit ihren Umgebung eine gewisse Konzentration an gelösten Stoffen auf beiden Seiten einer semipermeablen Barriere, wie einer Wurzel oder Zellenwand. Osmose tritt auf, solange die Konzentrationen unterschiedlich sind und der osmotische Druck direkt proportional zur Konzentrationsdifferenz ist. Mathematisch ausgedrückt:
P = RT(∆C)
Dabei ist T die Temperatur in Kelvin, ∆C der Konzentrationsunterschied und R die ideale Gaskonstante.
Der osmotische Druck hängt nicht von der Größe der gelösten Moleküle oder ihrer Zusammensetzung ab. Es kommt nur darauf an, wie viele davon es sind. Wenn also mehr als ein gelöster Stoff in einer Lösung vorhanden ist, beträgt der osmotische Druck:
P = RT (C1 + C2 +...Cnein)
wo C1 ist die Konzentration des gelösten Stoffes und so weiter.
Testen Sie es selbst
Es ist leicht, sich ein Bild von der Wirkung der Konzentration auf den osmotischen Druck zu machen. Mischen Sie einen Esslöffel Salz in einem Glas Wasser und geben Sie eine Karotte hinzu. Durch Osmose fließt Wasser aus der Karotte in das Salzwasser und die Karotte wird schrumpfen. Erhöhen Sie nun die Salzkonzentration auf zwei oder drei Esslöffel und notieren Sie, wie viel schneller und vollständiger die Karotte schrumpft.
Das Wasser in einer Karotte enthält Salz und andere gelöste Stoffe, daher passiert das Gegenteil, wenn Sie es in destilliertes Wasser tauchen: Die Karotte wird aufquellen. Fügen Sie eine kleine Menge Salz hinzu und notieren Sie, wie lange es dauert, bis die Karotte aufquillt oder ob sie auf die gleiche Größe anschwillt. Wenn die Karotte nicht anschwillt oder schrumpft, hast du es geschafft, eine Lösung herzustellen, die die gleiche Salzkonzentration wie die Karotte hat.
