Osmoosi
Osmoosi on liuottimen nettosiirtymistä puoliläpäisevän kalvon läpi liuottimen kemiallisen potentiaalin eron vuoksi. Yksinkertaisessa tilanteessa liuotin siirtyy kohti väkevämpää liuosta, kunnes paine tai muu termodynaaminen vaikutus tasapainottaa eron.
Puoliläpäisevä kalvo
Kalvon täytyy läpäistä liuotinta selvästi paremmin kuin tiettyjä liuenneita aineita. Jos molemmat komponentit kulkevat vapaasti, pysyvä osmoottinen ero voi hävitä. Todellisilla kalvoilla on rajallinen selektiivisyys ja permeabiliteetti.
Kemiallinen potentiaali
Liuennut aine yleensä pienentää liuottimen kemiallista potentiaalia. Liuotin siirtyy suuremmasta μ:sta pienempään, kunnes väkevämmälle puolelle syntynyt hydrostaattinen paine nostaa potentiaalin tasapainoon.
Osmoottinen paine
Ideaalille laimealle liuokselle π≈iCRT. Se on ulkoinen paine-ero, joka juuri pysäyttää osmoosin. Van ’t Hoffin tekijä i kuvaa tehokasta hiukkasmäärää esimerkiksi elektrolyytin dissosioituessa.
Solut ja toonisuus
Hypotonisessa ympäristössä vettä voi virrata soluun, hypertonisessa ulos. Biologinen toonisuus riippuu etenkin aineista, jotka eivät nopeasti läpäise kalvoa. Siksi se ei ole sama asia kuin kaikkien liuenneiden aineiden kokonaismoolisuus.
Käänteisosmoosi
Kun väkevälle puolelle kohdistetaan osmoottista painetta suurempi mekaaninen paine, liuotin voidaan pakottaa vastakkaiseen suuntaan. Menetelmää käytetään suolanpoistossa, mutta todellinen järjestelmä tarvitsee energiaa ja kärsii kalvon likaantumisesta.
Ei pelkkä pitoisuusero
Lause “vesi pyrkii laimentamaan” on muistikuva, ei perustavanlaatuinen laki. Oikea ajava voima on kemiallisen potentiaalin ero, johon vaikuttavat aktiivisuus, paine ja lämpötila. Monimutkaisessa järjestelmässä pitoisuus yksin voi johtaa väärään ennusteeseen.
Akvaporiinit ja nopeus
Solukalvon vesikanavat voivat kasvattaa veden kuljetusnopeutta suuresti. Ne eivät muuta tasapainon termodynaamista suuntaa, mutta ne muuttavat sitä, kuinka nopeasti tasapaino lähestytään. Kinetiikka ja tasapaino ovat eri kysymyksiä.
Aktiivisuus pitoisuuden sijaan
Väkevissä liuoksissa π=iCRT on vain ideaalinen likiarvo. Osmoottinen tasapaino määräytyy liuottimen aktiivisuuden ja kemiallisen potentiaalin perusteella. Ionien väliset vuorovaikutukset ja ei-ideaalinen sekoittuminen vaativat aktiivisuuskertoimia, joten sama nimellinen molaarisuus ei aina tarkoita samaa osmoottista vaikutusta.
Harjoitus
Mitä osmoottinen paine tarkoittaa?
Ratkaisu
Se on se mekaaninen paine-ero, joka tarvitaan tasapainottamaan liuottimen kemiallisen potentiaalin ero ja pysäyttämään sen nettovirtaus puoliläpäisevän kalvon läpi.