Hoe beïnvloedt de concentratie van een oplossing osmose?

Osmose is een proces dat plaatsvindt tussen twee containers, gescheiden door een semi-permeabele barrière. Als de barrière poriën heeft die groot genoeg zijn om watermoleculen door te laten, maar klein genoeg om de moleculen van a. te blokkeren opgeloste stof, water stroomt van de kant met de kleinere concentratie opgeloste stof naar de kant met de grotere concentratie. Dit proces gaat door totdat de concentratie van de opgeloste stof aan beide kanten gelijk is of de druk weerstaat volumeverandering aan de kant met de grootste concentratie groter is dan de kracht die het water door de barrière drijft. Deze druk is osmotische of hydrostatische druk en varieert direct met het verschil in opgeloste stofconcentratie tussen de twee kanten.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

De osmotische druk die water over een ondoordringbare barrière drijft, neemt toe met het verschil in opgeloste stofconcentraties aan weerszijden van de barrière. In een oplossing met meer dan één opgeloste stof, tel de concentraties van alle opgeloste stoffen op om de totale opgeloste stofconcentratie te bepalen. Osmotische druk hangt alleen af ​​van het aantal opgeloste deeltjes, niet van hun samenstelling.

Het eigenlijke microscopische proces dat osmose aandrijft is een beetje mysterieus, maar wetenschappers beschrijven het als volgt: Watermoleculen zijn is een staat van constante beweging, en ze migreren vrijelijk door een onbeperkte container om hun concentratie. Als je een barrière in de container plaatst waar ze doorheen kunnen, zullen ze dat doen. Als de ene kant van de barrière echter een oplossing bevat met deeltjes die te groot zijn om door de barrière te komen, moeten de watermoleculen die er van de andere kant doorheen gaan, ruimte met hen delen. Het volume aan de kant met de opgeloste stof neemt toe totdat het aantal watermoleculen aan beide kanten gelijk is.

Het verhogen van de concentratie van opgeloste stoffen vermindert de beschikbare ruimte voor watermoleculen, waardoor hun aantal vermindert. Dit vergroot op zijn beurt de neiging van het water om vanaf de andere kant naar die kant te stromen. Om enigszins te antropomorfiseren, hoe groter het verschil in concentratie van watermoleculen, hoe meer ze "willen" om over de barrière te bewegen naar de kant die de opgeloste stof bevat.

Wetenschappers noemen dit verlangen osmotische druk of hydrostatische druk, en het is een meetbare hoeveelheid. Plaats een deksel op een stevige container om te voorkomen dat het volume verandert en meet de druk die nodig is om te houden het water stijgt terwijl u de concentratie van de oplossing meet aan de kant met de meeste opgeloste stof. Wanneer er geen verdere verandering in de concentratie optreedt, is de druk die je uitoefent op het deksel de osmotische druk, ervan uitgaande dat de concentraties aan beide kanten niet gelijk zijn.

In de meeste echte situaties, zoals wortels die vocht uit de grond halen of cellen die vloeistoffen uitwisselen met hun omgeving bestaat een bepaalde concentratie van opgeloste stoffen aan weerszijden van een semi-permeabele barrière, zoals een wortel of celwand. Osmose treedt op zolang de concentraties verschillend zijn en de osmotische druk recht evenredig is met het concentratieverschil. In wiskundige termen:

P = RT(∆C)

waarbij T de temperatuur in Kelvin is, ∆C het verschil in concentraties is en R de ideale gasconstante is.

Osmotische druk is niet afhankelijk van de grootte van de opgeloste moleculen of hun samenstelling. Het hangt er alleen van af hoeveel er zijn. Dus als er meer dan één opgeloste stof in een oplossing aanwezig is, is de osmotische druk:

P = RT (C₁ + C₂ +...C_nee)

waar C₁ is de concentratie van opgeloste stof, enzovoort.

Het is gemakkelijk om snel een idee te krijgen van het effect van concentratie op de osmotische druk. Meng een eetlepel zout in een glas water en doe er een wortel in. Door osmose zal water uit de wortel in het zoute water stromen en de wortel zal verschrompelen. Verhoog nu de zoutconcentratie tot twee of drie eetlepels en noteer hoeveel sneller en vollediger de wortel verschrompelt.

Het water in een wortel bevat zout en andere opgeloste stoffen, dus het omgekeerde gebeurt als je het in gedestilleerd water dompelt: de wortel zal opzwellen. Voeg een kleine hoeveelheid zout toe en noteer hoeveel minder tijd de wortel nodig heeft om op te zwellen of even groot is. Als de wortel niet zwelt of verschrompelt, heb je een oplossing weten te maken met dezelfde zoutconcentratie als de wortel.