Osmos är en process som sker mellan två behållare åtskilda av en halvgenomtränglig barriär. Om barriären har tillräckligt stora porer för att vattenmolekyler ska passera men tillräckligt små för att blockera molekylerna i a upplöst, kommer vatten att strömma från sidan med den mindre koncentrationen av upplöst till sidan med den större koncentration. Denna process fortsätter tills antingen koncentrationen av löst ämne är lika på båda sidor eller det tryckresistenta volymförändring på sidan med större koncentration överstiger kraften som driver vattnet genom barriären. Detta tryck är osmotiskt eller hydrostatiskt tryck, och det varierar direkt med skillnaden i löst koncentration mellan de två sidorna.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Det osmotiska trycket som driver vatten över en ogenomtränglig barriär ökar med skillnaden i koncentrationer av lösta ämnen på vardera sidan om barriären. I en lösning med mer än en upplöst substans, summera koncentrationerna av alla upplösta ämnen för att bestämma den totala upplösta koncentrationen. Osmotiskt tryck beror bara på antalet lösta partiklar, inte på deras sammansättning.
Osmotiskt (hydrostatiskt) tryck
Den faktiska mikroskopiska processen som driver osmos är lite mystisk, men forskare beskriver det så här: Vattenmolekyler are är ett tillstånd av konstant rörelse, och de migrerar fritt genom en obegränsad behållare för att utjämna deras koncentration. Om du sätter in en barriär i behållaren genom vilken de kan passera kommer de att göra det. Men om en sida av barriären innehåller en lösning med partiklar som är för stora för att komma igenom barriären, måste de vattenmolekyler som passerar igenom från den andra sidan dela utrymme med dem. Volymen på sidan med det lösta ämnet ökar tills antalet vattenmolekyler på båda sidor är lika.
Att öka koncentrationen av löst ämne minskar det tillgängliga utrymmet för vattenmolekyler, vilket minskar deras antal. Detta ökar i sin tur tendensen hos vattnet att strömma in i den sidan från andra sidan. Att antropomorfisera lite, ju större skillnad i koncentration av vattenmolekyler, desto mer "vill" de röra sig över barriären till den sida som innehåller det lösta ämnet.
Forskare kallar detta begär osmotiskt tryck eller hydrostatiskt tryck, och det är en mätbar mängd. Lägg ett lock på en stel behållare för att förhindra att volymen ändras och mät det tryck som behövs för att behålla vattnet stiger medan du mäter koncentrationen av lösningen på den sida som är mest löst. När ingen ytterligare koncentrationsförändring inträffar är trycket du utövar på locket det osmotiska trycket, förutsatt att koncentrationerna på båda sidor inte har utjämnats.
Relaterar osmotiskt tryck till löst koncentration
I de flesta verkliga situationer, till exempel rötter som drar fukt från marken eller celler som byter vätska med sina omgivning, finns en viss koncentration av lösta ämnen på båda sidor av en halvgenomtränglig barriär, såsom en rot eller cellvägg. Osmos inträffar så länge som koncentrationerna är olika och det osmotiska trycket är direkt proportionellt mot koncentrationsskillnaden. I matematiska termer:
P = RT (∆C)
där T är temperaturen i Kelvins, är ∆C skillnaden i koncentrationer och R är den ideala gaskonstanten.
Osmotiskt tryck beror inte på storleken på de lösta molekylerna eller deras sammansättning. Det beror bara på hur många av dem det finns. Således, om mer än en löst substans är närvarande i en lösning, är det osmotiska trycket:
P = RT (C1 + C2 +... Cn)
där C1 är koncentrationen av löst ett, och så vidare.
Testa det själv
Det är lätt att få en snabb uppfattning om effekten av koncentration på osmotiskt tryck. Blanda en matsked salt i ett glas vatten och lägg i en morot. Vatten kommer att rinna ut ur moroten i det salta vattnet genom osmos och moroten krymper. Öka nu saltkoncentrationen till två eller tre matskedar och registrera hur mycket snabbare och mer moroten krymper.
Vattnet i en morot innehåller salt och andra lösta ämnen, så det omvända kommer att hända om du sänker ner det i destillerat vatten: Moroten sväller. Tillsätt en liten mängd salt och registrera hur mycket mindre tid det tar för moroten att svälla eller om den sväller till samma storlek. Om moroten inte sväller eller krymper har du lyckats skapa en lösning som har samma saltkoncentration som moroten.