Osmose:

Begriffsbedeutung Osmose:
 

Osmose ist ein selektiver Diffusionsvorgang von Molekülen durch eine semipermeable* (teilweise durchlässige) Membrane  die zwei gleichartige Lösungen unterschiedlicher Konzentration trennt.
* semipermeabel: teilweise durchlässig, semi (lat. „halb, teilweise“); permeare (lat. “durchlassen“, von per (lat. “hindurch”) ; meare (lat „passieren“)

 

Beispiele für Osmose:


Kirschen:

Kirschen platzen nach einem Regenguss auf.

 

 

Eine der diskutierten Theorien besagt:
Da die Haut der Kirschen für Wassermoleküle durchlässig ist, wollen nach einem Regenguss die Wassermolekühle sich mit den Zucker -Molekühlen im Innern der Frucht verbinden und diffundieren nach Innen. Für die größeren Zuckermolekühle ist die Haut jedoch undurchlässig um in umgekehrter Richtung von Innen nach Außen zu gelangen. So baut sich im Innern der Frucht ein Druck auf, bis das die Kirschhaut aufplatzt.
Aufgrund dieser beschriebenen Eigenschaften wirkt die Fruchthaut der Kirsche als semipermeable Membran

Der Begriff der Osmose ist nicht nur auf eine bestimmte Stoffgruppe z.B. Wasser  (H2O) beschränkt, sondern bezieht sich auf den Diffusionsvorgang an sich.

Weitere Beispiele für Osmose:

Wurzeln:
Bei Pflanzen geschieht die Nährstoffaufnahme durch die Zellmembrann der Wurzeln ,  nach dem Prinzip der Osmose.

Erdbeeren, gezuckert: Wegen der Molekularbewegung der Teilchen (brown'sche Molekularbewegung) (hier in der Erdbeere) stoßen Teilchen (Moleküle) an die äußere Zellmembrane der Erdebeere.
Es besteht eine Konzentrationsdifferenz zwischen Innen und Außen, diese ist die treibende Kraft, dass sich die Wassermoleküle mit dem Zucker und verbinden „wollen“ und umgekehrt.
Jedoch nur die Wassermoleküle können die semipermeable (def.: Teilweise duchlässig) Membrane der Erdbeerhaut von Innen nach Außen durchdringen, nicht aber die Zuckermoleküle von Außen nach Innen.
Folge:
Die gezuckerten Erdebeeren verlieren Wasser und der Zucker wird nass.

Salat und Salatsoße: Es werden frische Salatblätter mit Salatsoße vermengt.
Die Salatsoße ist voll angereichert mit Salz- und Zuckermolekülen.
Es besteht damit eine chem. Konzentrationsdifferenz zwischen den Zellen innerhalb des Salatblattes und dem Medium außerhalb. Diese ist eine treibende Kraft für den Versuch des Potentialausgleiches.
Folge: Wasser diffundiert von Innen nach Außen und die Salatblätter werden binnen kurzem welk und fallen in sich zusammen.

Beispiel menschliche Haut:
Hält man die Hand in eine Salzlösung, so werden die Wassermoleküle aus dem Gewebe der Hand in die Salzlösung gezogen, (die größeren Salzmoleküle jedoch nicht in die Hand hinein.) Die Folge, die Haut wird schrumpelig.

Dies macht sich die Kosmetikindustrie in umgekehrter Wirkungsweise zu nutze, indem Verfahren entwickelt werden, indem Wassermoleküle durch spezielle Wirkungsmechanismen in den Salben in die Haut eindringen können und so die Haut voller machen.

 

Vorgang der Osmose:

Der Osmose liegt das Prinzip der Diffusion zugrunde.
Diffusion ist das Durchmischen von Stoffen die entlang eines Konzentrationsgefälles miteinander in Berührung stehen . (Siehe Index: Konzentrationsdifferenz)

Im Falle der Osmose sind beide Seiten der unterschiedlichen Stoff-Konzentration durch eine semipermeable Membrane getrennt.

Die durch eine semipermeable Membran getrennten Lösungen haben wegen der chemischen Potentialdifferenzen (1)
zwischen beiden Seiten das Bestreben sich zu durchmischen. Durch die Membran gelangen aber nur die molekular kleineren Molekühle.
Im obigen Beispiel ist die Membran nur für Wassermolekühle (H2O) durchlässig.

Die Osmose findet grundsätzlich immer von der nieder- konzentrierten Seite zur höher- konzentrierten Seite statt.

Die größeren Teilchen  (im obigen Beispiel die Zuckermoleküle, die weißen Teilchen) können die Membran in der Gegenrichtung nicht durchdringen.

Treibende Kraft des Diffusionsvorganges durch die Membran ist die Konzentrationsdifferenz zwischen beiden Seiten der Membran.
(Diese wird ggf. zusätzlich durch unterschiedliche Reaktionspotentiale unterschiedlicher Stoffe beeinflusst.)

Die osmotische Bewegung hält so lange an, bis das chemische Potential der diffundierenden Komponenten zwischen beiden Seiten ausgeglichen ist.

 

Osmotischer Druck:

Die Molekühle aus beiden, unterschiedlich hoch konzentrierten Seiten der Membran wollen sich auf Grund der Potentialdifferenz durchmischen.
Die semipermeable Membran lässt aber nur die molekular kleineren Molekühle durch.

Dies bedeutet, dass die  (je nach Membrandurchlässigkeit ggf. vorwiegende)  Bewegungsrichtung von der niederkonzentrierten zu der höher konzentrierten Lösung geht. Im obigen Beispiel sind es die Wasser-Molekühle (H2O) die zu der höher konzentrierten Zucker Lösung wandern.
Die Bewegungsrichtung der Wassermoleküle geht immer von der nieder zu der höher konzentrierten Lösung (hier im Beispiel der ZuckerLösung).
Also, im Beispiel der Kirsche:  Die Wassermoleküle (Regen) wandern (diffundieren) durch die Kirschwand zu der höher konzentrierten Seite mit der Zuckerlösung. Die Seite mit der höheren Konzentration an Zuckermolekülen ist im Beispiel der Kirsche eindeutig das Innere der Kirsche.

Ist der Raum in welchem die Molekühle durch die Membran hinein diffundieren geschlossen (Beispiel: Kirsche), so baut sich dort ein Innen-Druck auf.

Den durch die chemische Potentialdifferenz verursachenden Druck nennt man osmotischen Druck.

Der osmotische Druck ist hierbei jener, der dem hydrostatischen Druck, also dem physikalischen Druck entgegen wirkt.
(Beispiel: Die Kirschwand versucht möglichst lange dem steigenden Innendruck durch ihren physikalischen Gegendruck zu widerstehen, so lange bis sie platzt).

Durch Kennntnis dieses physikalischen Sachverhaltes kann man nun den osmotischen Druck im Prinzip relativ einfach messen!

        

Sobald der osmotischem Druck und der hydrostatisch wirkende Gegen-Druck durch das Hindurchdiffundieren der kleineren Wassermoleküle von der nieder konzentrierten zu der höher konzentrierten Seite (das ist im obigen Beispiel  jene mit den Zuckermolekülen) gleich groß geworden ist (Gleichgewichtszustand), kommt der osmotische Fluss zum Stehen.

Man kann nun an einer Skala des oben abgebildeten U-Rohres den osmotischen Druck ablesen.

 

(1)  Chemische Potentialdifferenz:  http://www.chemie.de/lexikon/Chemisches_Potential.html

Osmose, weiterführende Literatur: http://www.uni-kiel.de/med-klimatologie/pdftexte/osmose.pdf , (August. 2013)