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Osmose

Unter »Osmose« (die; zu griechisch »ôsmós« = »das Stoßen«, »Stoß«) versteht man das Hindurchwandern von Flüssigkeit infolge Diffusion durch eine halbdurchlässige (semipermeable) Trennwand (Diaphragma: z.B. unglasierter Ton, Pergamentpapier), die zwei Flüssigkeiten (bzw. Lösungen verschiedener Konzentration) trennt und nur für eine Flüssigkeit (bzw. ein Lösungsmittel: nicht aber für den gelösten Stoff) durchlässig ist. So findet z.B. bei Zuckerwasser und reinem Wasser eine Diffusion zur konzentrierten Lösung hin statt (einseitige Osmose); infolgedessen nimmt dort die Flüssigkeitsmenge so lange zu, bis der entstehende hydrostatische Druck dem osmotischen Druck (Überdruck, der durch die diffundierende Flüssigkeit hervorgerufen wird) das Gleichgewicht erhält. Dieser Druck kann mit Hilfe der so genannten »Pfefferschen Zelle« gemessen werden. Die Osmose ist für die Stoffwechselvorgänge von großer Bedeutung, weil die äußeren Schichten vieler pflanzlicher und tierischer Zellen halbdurchlässige Membranen darstellen. „Die »Pfeffersche Zelle« als Prüfinstrument zur Messung des osmotischen Druckes wurde von Wilhelm Pfeffer (1845-1920) im 19. Jahrhundert entwickelt.

Vereinfacht ausgedrückt entsteht Osmose durch die Anziehung von Flüssigkeit oder Feuchte niedriger Dichte durch Flüssigkeit oder Feuchte höherer Dichte. Ohne diesen physikalischen Vorgang in der Natur könnten unsere Bäume nicht leben. Die im Baum befindliche Feuchte höherer Dichte zieht die Feuchte niedrigerer Dichte bis in die Blätter, wo sie dann verdunstet. Die Wurzeln saugen das Wasser aus dem Boden und der Wassernährstoff steigt als Lösung im Stamm auf. Es entsteht ein Konzentrationsgefälle. Flüssigkeiten höherer Dichte sind meist Lösungen. In geschlossenen Systemen entstehen in den mit Lösungen gefüllten Hohlräumen (Blasen), die eine Ausdehnung nicht zulassen, osmotische Druckverhältnisse, die an der Pfefferschen Zelle erklärt werden:

In einen unglasierten Tontopf (Membrane) wird eine Lösung (Flüssigkeit höherer Dichte) gefüllt, eine Glasröhre eingeführt und die übrige Öffnung abgedichtet. Diesen Topf stellt man in einen Behälter mit Leitungswasser (Flüssigkeit niedrigerer Dichte). Nach einem gewissen Zeitablauf dringt das Leitungswasser durch den Tontopf und erzeugt einen Druck (osmotischer Druck). Die Tonwand ist nur für das Lösungsmittel (Leitungswasser) durchlässig, nicht für die Lösung (z.B. Zuckerwasser). An der Glasröhre lässt sich infolge der Steigung der Lösung die Größe des osmotischen Drucks ablesen.

Zur Erläuterung der anhängen Abbildung (dort links unten):

Zwei Behälter sind durch eine semipermeable (selektiv durchlässige) Membran getrennt. Die Porengröße ist ausreichend, um kleinen Partikeln (Ionen, Molekülen) einen ungehinderten Durchlass zu gewähren; sie verhindert den Durchgang der großen. Es baut sich daher im linken Behälter ein höherer osmotischer Druck auf, da sich jedes Partikel mit einer Hydrathülle umgibt. Da jener Behälter mehr „wasserbindende“ Partikel enthält, dehnt sich das Volumen aus. Der osmotische Druck (»Turgor« oder »Turgordruck«) Delta P ist messbar. Hierbei sind:

• Psi = das Wasserpotential,
• Delta P = der hydrostatische Druck,
• Sigma = das Verhältnis von scheinbarem zu theoretischem osmotischen Druck in Abhängigkeit von der Semipermeabilität der Membran und
• Pi = der osmotische Druck des Behälters (Zelle).

Ist die Konzentration des Wassers auf beiden Seiten einer Membran gleich groß, ändert sich an diesem Zustand, statistisch betrachtet, nichts, obwohl ständig Wassermoleküle in beiden Richtungen durch die Membran hindurch wandern. Je höher die Temperatur, umso stärker ist diese Teilchenbewegung. Ist die Membran zwischen zwei Lösungen hauptsächlich für das Lösungsmittel durchlässig, für andere Teilchen aber kaum, wird sie als halbdurchlässige oder semipermeable Membran bezeichnet. Die Durchlässigkeit einer Membran hängt in der Regel von ihrer Porengröße ab. Befinden sich auf beiden Seiten der Membran Lösungen unterschiedlicher Wasserkonzentration, dann werden in Richtung niedrige Wasserkonzentration im gleichen Zeitraum mehr Wassermoleküle durch die Membran treten als umgekehrt. Man spricht von Osmose.

siehe auch:
- Dampfbremse
- Dampfsperre
- Diffusion
- Dispersion
- Luftdichtheit
- Osmotischer Druck
- Turgordruck