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Osmotischer Druck

Sind in einem geschlossenen System Lösungen unterschiedlicher Konzentration durch eine semipermeable (halbdurchlässige) Membran voneinander getrennt, so diffundiert so lange Lösungsmittel von der Lösung niederer in die höherer Konzentration, bis der hydrostatische Druck im Gleichgewicht mit dem Diffusionsdruck steht. Der osmotische Druck einer Lösung wird stets auf das reine Lösungsmittel bezogen. Die Höhe dieses »osmotischen Drucks« hängt von dem molaren Konzentrationsunterschied zwischen beiden Lösungen und der Temperatur ab und ist der Dampfdruckerniedrigung proportional. Für sehr verdünnte Lösungen gilt nach dem niederländischen Physikochemiker Jacobus Henricus van't Hoff (erster Nobelpreisträger für Chemie 1901 »für die Entdeckung der Gesetze der chemischen Dynamik und des osmotischen Drucks in Lösungen«) analog zum Gasgesetz

p = n * R * T / V,

d.h. die gelösten Moleküle und Ionen verhalten sich wie die Moleküle eines idealen Gases. Darauf beruht eine Methode zur Molekulargewichtsbestimmung, die besonders bei hochpolymeren Stoffen angewandt wird. Genaue Messungen des osmotischen Drucks wurden erstmals von Pfeffer 1877 vorgenommen.

Es bedeuten:

• p = Druck einer sehr verdünnten idealen Lösung,
• n/V = Konzentration in Mol/Liter,
• R = Gaskonstante
• T = absolute Temperatur.

Große Bedeutung hat die Osmose für die lebende pflanzliche und tierische Zelle, deren Protoplasma von einer semipermeablen (halbdurchlässigen) Schicht umhüllt ist. Diese ist nicht nur für Wasser, sondern in geringem Umfang auch für gelöste niedermolekulare Substanzen durchlässig, da andernfalls kein Stoffaustausch stattfinden könnte. Der osmotische Druck lebender pflanzlicher Zellen, »Turgor« oder »Turgordruck« genannt, liegt im Allgemeinen zwischen 5 und 25 bar, bei Salzpflanzen erreicht er Werte bis 200 bar.

Im Bereich von Oberflächenbeschichtungen, wie sie z.B. bei Betonbauteilen wie Brücken, Parkhäusern oder Bodenplatten im Industriebau eingesetzt werden, kommt dem osmotischen Druck eine nicht zu vernachlässigende Bedeutung zu. Die Beschichtung wirkt dabei wie eine halbdurchlässige Membran, sie stellt quasi wie eine dünne Haut dar. Aufgrund des Bestrebens der Natur, einen Konzentrationsausgleich herbeizuführen, diffundiert das Lösemittel durch eine Membran, wodurch sich das Volumen der Flüssigkeit auf der höher konzentrierten Seite erhöht. Dadurch entsteht ein höherer Druck, der als »Osmotischer Druck« bezeichnet wird. Die aufgebrachte Grundierung einer Beschichtung, die in die Porenräume des Betons (oder Putzes) eindringt, erzeugt diese mehr oder weniger durchlässige Membran. Aber auch der Betonquerschnitt selbst kann in bestimmten Bereichen als halbdurchlässige Membran wirken. Bringt man auf eine solche Grundierung eine dampfdichte Beschichtung auf, kann es bei zu hohem Feuchtigkeitsgehalt im Betonquerschnitt zur Osmose im Bereich der Beschichtung und dort aufgrund des entstehenden osmotischen Drucks zur Blasenbildung kommen, die Beschichtung löst sich bereichsweise ab. Deshalb ist es zwingend erforderlich, die Restfeuchte in einem Querschnitt zuverlässig zu ermitteln und diese ggf. künstlich zu verringern (durch Trocknung), bevor man eine dampfdichte Beschichtung aufbringen kann.

siehe auch:
- CM-Verfahren
- Dampfbremse
- Diffusion
- Osmose
- Turgordruck