Osmoza este un proces care are loc între două recipiente separate printr-o barieră semipermeabilă. Dacă bariera are pori suficient de mari pentru a permite trecerea moleculelor de apă, dar suficient de mici pentru a bloca moleculele unei solut, apa va curge din partea cu o concentrație mai mică de solut în partea cu cea mai mare concentraţie. Acest proces continuă până când fie concentrația solutului este egală pe ambele părți, fie presiunea rezistentă schimbarea volumului pe partea cu o concentrație mai mare depășește forța care conduce apa prin barieră. Această presiune este presiune osmotică sau hidrostatică și variază direct în funcție de diferența de concentrație a solutului între cele două părți.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Presiunea osmotică care conduce apa peste o barieră impermeabilă crește odată cu diferența de concentrații de substanță dizolvată de ambele părți ale barierei. Într-o soluție cu mai multe substanțe dizolvate, suma concentrațiilor tuturor substanțelor dizolvate pentru a determina concentrația totală a substanței dizolvate. Presiunea osmotică depinde doar de numărul de particule dizolvate, nu de compoziția lor.
Presiune osmotică (hidrostatică)
Procesul microscopic propriu-zis care determină osmoza este un pic misterios, dar oamenii de știință îl descriu astfel: moleculele de apă sunt o stare de mișcare constantă și migrează liber pe un container nelimitat pentru a le egaliza concentraţie. Dacă introduceți o barieră în recipientul prin care pot trece, vor face acest lucru. Cu toate acestea, dacă o parte a barierei conține o soluție cu particule prea mari pentru a trece prin barieră, moleculele de apă care trec din cealaltă parte trebuie să împartă spațiu cu ele. Volumul pe partea cu solutul crește până când numărul moleculelor de apă de pe ambele părți este egal.
Creșterea concentrației de substanță dizolvată reduce spațiul disponibil pentru moleculele de apă, ceea ce reduce numărul acestora. La rândul său, aceasta crește tendința apei de a curge în acea parte din cealaltă parte. Pentru a antropomorfiza ușor, cu cât diferența de concentrație a moleculelor de apă este mai mare, cu atât „doresc” să se deplaseze peste barieră către partea care conține solutul.
Oamenii de știință numesc această dorință presiune osmotică sau presiune hidrostatică și este o cantitate măsurabilă. Puneți un capac pe un recipient rigid pentru a preveni schimbarea volumului și măsurați presiunea necesară pentru a păstra apa crește în timp ce măsurați concentrația soluției pe partea cu cel mai solut. Atunci când nu mai apare nicio modificare a concentrației, presiunea pe care o exercitați asupra capacului este presiunea osmotică, presupunând că concentrațiile de pe ambele părți nu s-au egalizat.
Corelarea presiunii osmotice cu concentrația soluției
În cele mai multe situații reale, cum ar fi rădăcinile care trag umezeală din sol sau celulele care schimbă fluide cu ale lor în împrejurimi, există o anumită concentrație de substanțe dizolvate pe ambele părți ale unei bariere semipermeabile, cum ar fi o rădăcină sau perete celular. Osmoza apare atâta timp cât concentrațiile sunt diferite, iar presiunea osmotică este direct proporțională cu diferența de concentrație. În termeni matematici:
P = RT (∆C)
unde T este temperatura în Kelvins, ∆C este diferența de concentrații și R este constanta ideală a gazului.
Presiunea osmotică nu depinde de mărimea moleculelor de solut sau de compoziția lor. Depinde doar de câte dintre ele există. Astfel, dacă mai multe soluții sunt prezente într-o soluție, presiunea osmotică este:
P = RT (C1 + C2 +... Cn)
unde C1 este concentrația solutului și așa mai departe.
Testați-o
Este ușor să vă faceți o idee rapidă asupra efectului concentrației asupra presiunii osmotice. Se amestecă o lingură de sare într-un pahar cu apă și se pune într-un morcov. Apa va curge din morcov în apa sărată prin osmoză, iar morcovul se va strivi. Acum creșteți concentrația de sare la două sau trei linguri și înregistrați cât de repede și complet se mărunțește morcovul.
Apa dintr-un morcov conține sare și alte substanțe dizolvate, așa că invers se va întâmpla dacă o scufundați în apă distilată: Morcovul se va umfla. Adăugați o cantitate mică de sare și înregistrați cât timp mai puțin este nevoie ca morcovul să se umfle sau dacă se umflă la aceeași dimensiune. Dacă morcovul nu se umflă sau nu se strâmbă, ați reușit să faceți o soluție care are aceeași concentrație de sare ca morcovul.