Osmose
Osmose ist die Nettobewegung eines Lösungsmittels durch eine Membran, die für das Lösungsmittel wesentlich durchlässiger ist als für den gelösten Stoff. Die Richtung wird durch das chemische Potential des Lösungsmittels bestimmt, nicht durch eine geheimnisvolle Kraft, die „Wasser zum Salz zieht“.
Eine semipermeable Membran schafft die Voraussetzung
Kann der gelöste Stoff die Membran nicht passieren, das Lösungsmittel aber schon, ist gewöhnliches Durchmischen nicht möglich. Das Lösungsmittel bewegt sich tendenziell zu der Seite mit dem niedrigeren chemischen Potential. Bei verdünnten Lösungen gleicher Temperatur und gleichen Drucks ist dies meist die Seite mit der höheren Konzentration gelöster Teilchen.
Osmotischer Druck gleicht die Flusstendenz aus
Für eine ideale verdünnte Lösung: π = iMRT
π ist der osmotische Druck, M die Stoffmengenkonzentration, T die absolute Temperatur und i berücksichtigt näherungsweise die Zahl der gelösten Teilchen, die pro Formeleinheit entstehen.
Der osmotische Druck ist der zusätzliche Druck, der auf der Lösungsseite angelegt werden müsste, um den Nettoeintritt des Lösungsmittels zu stoppen. Im ideal verdünnten Grenzfall ist er eine kolligative Eigenschaft.
Osmosedruck-Explorer
Tonizität ist eine biologische Anwendung, kein Synonym
Bei Zellen ist entscheidend, ob gelöste Stoffe die Membran innerhalb der betrachteten Zeitspanne passieren können. Eine Lösung kann isoosmotisch, aber nicht isotonisch sein, wenn ihr gelöster Stoff rasch in die Zelle gelangt. Tonizität hängt daher sowohl von der Membranpermeabilität als auch von der Konzentration ab.
Reale Lösungen weichen von der Idealformel ab
Die van-’t-Hoff-Beziehung funktioniert am besten für verdünnte Lösungen. Elektrolytionen wechselwirken, Moleküle können sich assoziieren, und Membranen sind selten vollkommen selektiv. Für genaue Berechnungen ersetzen Aktivitäten und gemessene osmotische Koeffizienten die einfache Teilchenzählungs-Näherung.
Durchgerechnete Beispiele
1. Osmotischer Druck einer Saccharoselösung
Lösung
Für 0,20 M Saccharose bei 298 K und i ≈ 1 gilt π ≈ (0,20)(0,08206)(298) = 4,89 atm.
2. Idealer Vergleich mit NaCl
Lösung
Bei gleicher M und T liefert ideales NaCl mit i ≈ 2 ungefähr den doppelten osmotischen Druck eines Nichtelektrolyten, auch wenn reale Lösungen davon abweichen.
3. Umkehrosmose
Lösung
Hat eine Lösung π = 25 bar, übersteigt ein auf der Lösungsseite angelegter Druck von 30 bar den osmotischen Druck. Dadurch kann der Nettofluss des Lösungsmittels entgegen der spontanen Osmoserichtung erzwungen werden.