Osmose er en prosess som skjer mellom to beholdere atskilt med en semi-permeabel barriere. Hvis barrieren har porene som er store nok til å la vannmolekyler passere, men små nok til å blokkere molekylene til a løsemiddel, vil vann strømme fra siden med den mindre konsentrasjonen av løsemiddel til siden med den større konsentrasjon. Denne prosessen fortsetter til enten konsentrasjonen av oppløst stoff er lik på begge sider eller det trykkbestandige volumendring på siden med større konsentrasjon overstiger kraften som driver vannet gjennom barrieren. Dette trykket er osmotisk eller hydrostatisk trykk, og det varierer direkte med forskjellen i løsemiddelkonsentrasjon mellom de to sidene.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Det osmotiske trykket som driver vann over en ugjennomtrengelig barriere øker med forskjellen i konsentrasjoner av løsemiddel på hver side av barrieren. I en løsning med mer enn en løsemiddel, summer konsentrasjonene av alle de oppløste stoffene for å bestemme den totale konsentrasjonen av løsemidlet. Osmotisk trykk avhenger bare av antall oppløste partikler, ikke av sammensetningen.
Osmotisk (hydrostatisk) trykk
Den faktiske mikroskopiske prosessen som driver osmose er litt mystisk, men forskere beskriver det slik: Vannmolekyler are er en tilstand av konstant bevegelse, og de vandrer fritt gjennom en ubegrenset beholder for å utjevne deres konsentrasjon. Hvis du setter inn en barriere i containeren de kan passere gjennom, vil de gjøre det. Imidlertid, hvis den ene siden av barrieren inneholder en løsning med partikler som er for store til å komme gjennom barrieren, må vannmolekylene som passerer gjennom fra den andre siden dele rom med dem. Volumet på siden med det oppløste stoffet øker til antall vannmolekyler på begge sider er likt.
Å øke konsentrasjonen av løsemiddel reduserer ledig plass for vannmolekyler, noe som reduserer antallet. Dette øker igjen vannets tendens til å strømme inn i den siden fra den andre siden. For å antropomorfisere litt, jo større er forskjellen i konsentrasjon av vannmolekyler, jo mer vil de "bevege seg" over barrieren til siden som inneholder det oppløste stoffet.
Forskere kaller dette ønske om osmotisk trykk eller hydrostatisk trykk, og det er en målbar mengde. Sett et lokk på en stiv beholder for å forhindre at volumet endres, og måle trykket du trenger for å beholde vannet stiger mens du måler konsentrasjonen av løsningen på siden med mest løsemiddel. Når det ikke skjer noen ytterligere endring i konsentrasjonen, er trykket du utøver på dekselet det osmotiske trykket, forutsatt at konsentrasjonene på begge sider ikke har utlignet.
Forhold mellom osmotisk trykk og konsentrasjon av løsemiddel
I de fleste reelle situasjoner, for eksempel røtter som trekker fuktighet fra bakken eller celler som bytter væske med deres omgivelser, eksisterer en viss konsentrasjon av oppløste stoffer på begge sider av en halvgjennomtrengelig barriere, for eksempel en rot eller celleveggen. Osmose oppstår så lenge konsentrasjonene er forskjellige, og det osmotiske trykket er direkte proporsjonalt med konsentrasjonsforskjellen. I matematiske termer:
P = RT (∆C)
hvor T er temperaturen i Kelvins, ∆C er forskjellen i konsentrasjoner og R er den ideelle gasskonstanten.
Osmotisk trykk avhenger ikke av størrelsen på de oppløste molekylene eller deres sammensetning. Det kommer bare an på hvor mange av dem det er. Således, hvis mer enn en løsemiddel er til stede i en løsning, er det osmotiske trykket:
P = RT (C1 + C2 +... Cn)
hvor C1 er konsentrasjonen av løsemiddel en, og så videre.
Test det selv
Det er lett å få en rask ide om effekten av konsentrasjon på osmotisk trykk. Bland en spiseskje salt i et glass vann og ha i en gulrot. Vann vil strømme ut av gulroten i det salte vannet ved osmose, og gulroten vil krympe. Nå øker du saltkonsentrasjonen til to eller tre spiseskjeer og registrerer hvor mye raskere og fullstendig gulroten krymper.
Vannet i en gulrot inneholder salt og andre oppløste stoffer, så det motsatte vil skje hvis du dypper det i destillert vann: Gulroten vil hovne opp. Tilsett en liten mengde salt og noter hvor mye mindre tid det tar for gulroten å hovne ut eller om den sveller til samme størrelse. Hvis gulroten ikke svelger eller krymper, har du klart å lage en løsning som har samme saltkonsentrasjon som gulrot.