Definition von Osmose
Osmose ist der spontane Durchgang eines Lösungsmittels (das in Wassersystemen normalerweise Wasser ist) von der Lösung, in der die gelösten Stoffe stärker verdünnt sind, zu der Lösung, in der sie stärker konzentriert sind. Diese Bewegung - die durch eine semipermeable Membran erfolgt - setzt sich fort, bis eine Gleichgewichtssituation erreicht ist, in der beide Lösungen die gleiche Konzentration erreichen und beibehalten.
Praktisches Beispiel
Stellen wir uns zur besseren Verdeutlichung des Konzepts der Osmose ein Gefäß vor, das aus einer semipermeablen Membran (dh nur für das Lösungsmittel - in diesem Fall das Wasser - und nicht für den gelösten Stoff - in zwei gleichvolumige Kompartimente (A und B) unterteilt ist. In Kammer A befindet sich eine wässrige Lösung, in der ein Esslöffel Glucose gelöst wurde, während in Teil B eine wässrige Lösung mit gleichem Volumen vorliegt, in der drei Esslöffel Glucose gelöst wurden (es ist daher konzentrierter). Dieser Unterschied erzeugt einen Konzentrationsgradienten für Glukose an den Seiten der Membran, und da dieser Zucker diesen nicht passieren kann, wird der Ausgleich durch den Durchtritt von Wasser aus Kompartiment A (wo Glukose am stärksten verdünnt ist) in das Kompartiment erreicht B (wo es am häufigsten vorkommt). Wenn Sie es vorziehen, kann man auch sagen, dass Wasser die Osmose von der Lösung, in der es stärker konzentriert ist (A), zu der Lösung, in der es weniger konzentriert ist (B), durchläuft.
Nach dieser Strömung nimmt der Wasserstand in B in A zu und ab, wodurch sich ein gewisser Pegelunterschied zwischen beiden ergibt. Dieses Phänomen endet, wenn die beiden Lösungen die gleiche Konzentration erreichen und diese dann konstant halten.
Hypotonische, isotonische und hypertonische Lösungen
Unter Verwendung von zwei Lösungen mit unterschiedlichen molaren Konzentrationen (unterschiedliche Anzahl von darin gelösten Partikeln) wird die Lösung mit der niedrigsten molaren und hypertonischen Konzentration als hypoton definiert. Zwei Lösungen sind stattdessen isotonisch (oder äquimolar), wenn sie die gleiche Konzentration haben.
In dem gerade gegebenen Beispiel ist Lösung B hypertonisch (daher enthält sie mehr gelöste Stoffe) als die andere (definierte hypotonische); Daher wandert das Lösungsmittel unter normalen Bedingungen durch Osmose von der hypotonen in die hypertonische Lösung. Wir haben über Standardbedingungen gesprochen, weil es durch das Spielen mit den Gesetzen der Physik möglich ist, das Konzept der Osmose umzukehren und den Durchgang des Lösungsmittels von der am stärksten verdünnten zur am stärksten konzentrierten (Umkehrosmose) zu begünstigen.
Osmotischer Druck und Umkehrosmose
Wie bisher ausgedrückt, setzt sich der durch Osmose erzeugte Nettofluss des Lösungsmittels fort, bis die beiden Lösungen die gleiche Konzentration erreicht haben. Nun, diese Bewegung kann entgegengewirkt, gestoppt oder sogar umgekehrt werden, indem Druck auf das Fach mit der höchsten Konzentration ausgeübt wird.
Im vorherigen Beispiel reicht es aus, einen Kolben in Fach B (wir erinnern uns an eine höhere Konzentration) zu platzieren und ihn mit einer bestimmten Kraft nach unten zu drücken, um den Wasserdurchtritt in Richtung A zu begünstigen. In diesem Fall spricht man von Umkehrosmose.
Der osmotische Druck ist der Druck, der dem Durchtritt des Lösungsmittels durch die semipermeable Membran genau entgegengesetzt ist; folglich ist es der Druck, der notwendig ist, um der Osmose entgegenzuwirken.
Nach dem bisher Gesagten weisen zwei isotonische Lösungen den gleichen osmotischen Druck auf; zu unterstreichen ist daher, dass der osmotische Druck ausschließlich von der Anzahl der in Lösung befindlichen Partikel und nicht von deren Art abhängt.
Osmose und menschlicher Körper
Die Plasmamembranen, die die Zellen des menschlichen Körpers umgeben, sind in der Tat semipermeable Membranen, die den direkten Durchgang kleiner Moleküle (wie Wasser und Harnstoff) durch die Osmose ermöglichen, jedoch nicht von solchen mit höherem Molekulargewicht (wie Proteine, Aminosäuren und Zucker). Das osmotische Gleichgewicht in Körperflüssigkeiten ist daher unerlässlich, um den Zellen ein optimales Lebensumfeld zu gewährleisten.
Wenn wir eine Zelle wie ein rotes Blutkörperchen in eine hypotonische Lösung eintauchen, schwillt diese - durch Osmose - an (was durch das Eindringen von Wasser verursacht wird) und kann sogar zur Explosion führen. Im Gegensatz dazu leidet die Zelle, wenn sie in eine hypertonische Lösung getaucht wird, aufgrund des Wasserdurchgangs nach außen unter einer starken Dehydrierung, die sie faltig macht. Glücklicherweise sind die Zellen im menschlichen Organismus in Bezug auf ihre innere Umgebung in isotonische Lösungen eingetaucht, und es gibt verschiedene Systeme, um diese Flüssigkeiten im osmotischen Gleichgewicht zu halten.
Osmotischer Druck und Lebensmittelkonservierung
Denken wir einen Moment über eine hausgemachte Marmelade nach ... Zucker wird in Hülle und Fülle zugesetzt, um nicht nur den Geschmack zu verbessern, sondern vor allem auch, um die Haltbarkeit zu verlängern. Zucker ist jedoch ein wichtiges Element im Leben vieler Mikroorganismen, die am Produktabbau beteiligt sind. Dieser offensichtliche Widerspruch wird aus dem eigentlichen Konzept der Osmose entfernt.
