Osmoosi on prosessi, joka tapahtuu kahden säiliön välillä, jotka on erotettu puoliläpäisevällä esteellä. Jos esteen huokoset ovat riittävän suuret vesimolekyylien läpäisemiseksi, mutta riittävän pienet estämään a: n molekyylit liuenneen aineen vesi virtaa sivulta, jolla on pienempi liuenneen aineen pitoisuus, suuremmalle puolelle pitoisuus. Tämä prosessi jatkuu, kunnes joko liuenneen aineen pitoisuus on sama molemmilla puolilla tai paineenkestävä tilavuuden muutos suuremmalla puolella olevalla puolella ylittää voiman, joka ajaa vettä esteen läpi. Tämä paine on osmoottinen tai hydrostaattinen paine, ja se vaihtelee suoraan liuenneen aineen pitoisuuden eron välillä.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Osmoottinen paine, joka ajaa vettä läpäisemättömän esteen yli, kasvaa liuenneiden aineiden pitoisuuksien erolla esteen kummallakin puolella. Liuoksessa, jossa on enemmän kuin yksi liuenneen aineen määrä, lasketaan yhteen kaikkien liuenneiden aineiden pitoisuudet, jotta määritetään liuenneen aineen kokonaispitoisuus. Osmoottinen paine riippuu vain liuenneiden hiukkasten lukumäärästä, ei niiden koostumuksesta.
Osmoottinen (hydrostaattinen) paine
Varsinainen mikroskooppinen prosessi, joka ohjaa osmoosia, on vähän salaperäinen, mutta tutkijat kuvaavat sitä tällä tavalla: vesimolekyylit ovat jatkuvan liikkeen tila, ja ne kulkeutuvat vapaasti rajoittamattoman säiliön läpi tasoittamaan pitoisuus. Jos asetat esteen astiaan, jonka läpi ne voivat kulkea, he tekevät niin. Jos esteen toisella puolella on liuos, jonka hiukkaset ovat liian suuria päästäkseen esteen läpi, toiselta puolelta kulkevien vesimolekyylien on jaettava tilaa heidän kanssaan. Liuotetun aineen puolella oleva tilavuus kasvaa, kunnes vesimolekyylien lukumäärä molemmilla puolilla on sama.
Liuenneen aineen pitoisuuden lisääminen vähentää vesimolekyylien käytettävissä olevaa tilaa, mikä vähentää niiden määrää. Tämä puolestaan lisää veden taipumusta virrata tälle puolelle toiselta puolelta. Hieman antropomorfisoimiseksi, mitä suurempi ero vesimolekyylien pitoisuuksissa on, sitä enemmän he "haluavat" liikkua esteen yli liuenneen aineen puolelle.
Tutkijat kutsuvat tätä kaipausta osmoottiseksi paineeksi tai hydrostaattiseksi paineeksi, ja se on mitattava määrä. Laita kansi jäykkään astiaan, jotta tilavuus ei muutu, ja mittaa pitoon tarvittava paine vesi nousee, kun mitataan liuoksen pitoisuus puolella, jolla on eniten liuenneita aineita. Kun pitoisuuden muutosta ei enää tapahdu, kannelle kohdistama paine on osmoottinen paine, olettaen, että pitoisuudet molemmilla puolilla eivät ole tasaantuneet.
Osmoottisen paineen ja liuenneen aineen pitoisuuden yhdistäminen
Useimmissa todellisissa tilanteissa, kuten juurista, jotka imevät kosteutta maasta, tai soluista, jotka vaihtavat nesteitä niiden kanssa ympäristössä puoliläpäisevän esteen, kuten juuren tai soluseinän. Osmoosi esiintyy niin kauan kuin pitoisuudet ovat erilaiset, ja osmoottinen paine on suoraan verrannollinen pitoisuuseroon. Matemaattisesti:
P = RT (∆C)
missä T on lämpötila kelvineinä, ∆C on pitoisuuksien ero ja R on ihanteellinen kaasuvakio.
Osmoottinen paine ei riipu liuenneiden molekyylien koosta tai niiden koostumuksesta. Se riippuu vain siitä, kuinka monta heistä on. Jos liuoksessa on siis enemmän kuin yksi liuenneen aineen osmoottinen paine on:
P = RT (C1 + C2 +... Cn)
missä C1 on liuenneen aineen pitoisuus ja niin edelleen.
Testaa itse
On helppo saada nopea käsitys keskittymisen vaikutuksesta osmoottiseen paineeseen. Sekoita rkl suolaa lasilliseen vettä ja laita porkkana. Vesi virtaa porkkanasta suolaiseen veteen osmoosin avulla, ja porkkana kutistuu. Lisää nyt suolapitoisuus kahteen tai kolmeen ruokalusikalliseen ja kirjaa kuinka paljon nopeammin ja täydellisemmin porkkana kutistuu.
Porkkanan vesi sisältää suolaa ja muita liuenneita aineita, joten päinvastoin tapahtuu, jos upotat sen tislattuun veteen: Porkkana turpoaa. Lisää pieni määrä suolaa ja kirjaa, kuinka paljon vähemmän aikaa kuluu porkkanan turpoamiseen vai paisutetaanko se samaan kokoon. Jos porkkana ei turpoa tai kutistu, olet onnistunut tekemään ratkaisun, jolla on sama suolapitoisuus kuin porkkanalla.