Inhoud
- TL; DR (te lang; niet gelezen)
- Osmotische (hydrostatische) druk
- Osmotische druk relateren aan opgeloste concentratie
- Test het zelf
Osmose is een proces dat plaatsvindt tussen twee containers gescheiden door een semi-permeabele barrière. Als de barrière poriën heeft die groot genoeg zijn om watermoleculen te laten passeren maar klein genoeg om de moleculen van een opgeloste stof te blokkeren, zal water van de zijkant met de kleinere concentratie opgeloste stof naar de kant met de grotere concentratie stromen. Dit proces gaat door totdat de concentratie opgeloste stof aan beide zijden gelijk is of de druk die weerstand biedt aan volumeverandering aan de kant met de grotere concentratie de kracht overschrijdt die het water door de barrière drijft. Deze druk is osmotische of hydrostatische druk en varieert direct met het verschil in opgeloste stofconcentratie tussen de twee zijden.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
De osmotische druk die water over een ondoordringbare barrière drijft, neemt toe met het verschil in opgeloste stofconcentraties aan beide zijden van de barrière. In een oplossing met meer dan één opgeloste stof, som de concentraties van alle opgeloste stoffen op om de totale concentratie opgeloste stof te bepalen. Osmotische druk hangt alleen af van het aantal opgeloste deeltjes, niet van hun samenstelling.
Osmotische (hydrostatische) druk
Het eigenlijke microscopische proces dat osmose aandrijft, is een beetje mysterieus, maar wetenschappers beschrijven het op deze manier: watermoleculen zijn een staat van constante beweging en ze migreren vrij door een onbeperkte container om hun concentratie gelijk te maken. Als u een barrière in de container plaatst waardoor ze kunnen passeren, zullen ze dit doen. Als de ene kant van de barrière echter een oplossing bevat met deeltjes die te groot zijn om door de barrière te komen, moeten de watermoleculen die door de andere kant passeren de ruimte met hen delen. Het volume aan de zijde met de opgeloste stof neemt toe totdat het aantal watermoleculen aan beide zijden gelijk is.
Het verhogen van de concentratie opgeloste stof vermindert de beschikbare ruimte voor watermoleculen, wat hun aantal vermindert. Dit verhoogt op zijn beurt de neiging van het water om vanaf die andere kant in die kant te stromen. Om enigszins te antropomorfiseren, hoe groter het verschil in concentratie van watermoleculen, hoe meer ze "willen" over de barrière naar de kant met de opgeloste stof.
Wetenschappers noemen dit verlangen naar osmotische druk of hydrostatische druk, en het is een meetbare hoeveelheid. Doe een deksel op een stijve container om te voorkomen dat het volume verandert en meet de druk die nodig is om te voorkomen dat het water stijgt, terwijl u de concentratie van de oplossing meet aan de kant met de meest opgeloste stof. Wanneer er geen verdere concentratieverandering optreedt, is de druk die u op de hoes uitoefent de osmotische druk, ervan uitgaande dat de concentraties aan beide zijden niet gelijk zijn.
Osmotische druk relateren aan opgeloste concentratie
In de meeste echte situaties, zoals wortels die vocht uit de grond trekken of cellen vloeistoffen uitwisselen met hun omgeving, bestaat een bepaalde concentratie opgeloste stoffen aan beide zijden van een semi-permeabele barrière, zoals een wortel of celwand. Osmose treedt op zolang de concentraties verschillen en de osmotische druk recht evenredig is met het concentratieverschil. In wiskundige termen:
P = RT (∆C)
waar T de temperatuur in Kelvin is, is ∆C het verschil in concentraties en is R de ideale gasconstante.
Osmotische druk hangt niet af van de grootte van de opgeloste moleculen of hun samenstelling. Het hangt er maar vanaf hoeveel er zijn. Dus als er meer dan één opgeloste stof in een oplossing aanwezig is, is de osmotische druk:
P = RT (C1 + C2 + ... Cn)
waar C1 is de concentratie van opgeloste, enzovoort.
Test het zelf
Het is gemakkelijk om een snel idee te krijgen van het effect van concentratie op osmotische druk. Meng een eetlepel zout in een glas water en doe er een wortel in. Water stroomt uit de wortel in het zoute water door osmose en de wortel verschrompelt. Verhoog nu de zoutconcentratie naar twee of drie eetlepels en noteer hoeveel sneller en volledig de wortel verschrompelt.
Het water in een wortel bevat zout en andere opgeloste stoffen, dus het omgekeerde gebeurt als je het in gedestilleerd water onderdompelt: de wortel zal zwellen. Voeg een kleine hoeveelheid zout toe en noteer hoeveel minder tijd het duurt voordat de wortel opzwelt of dat deze even groot wordt. Als de wortel niet zwelt of verschrompelt, bent u erin geslaagd om een oplossing te maken die dezelfde zoutconcentratie heeft als de wortel.