Osmose
Osmose is de nettoverplaatsing van oplosmiddel door een membraan dat veel beter doorlaatbaar is voor oplosmiddel dan voor de opgeloste stof. De richting wordt bepaald door de chemische potentiaal van het oplosmiddel, niet door een mysterieuze kracht die water “naar zout trekt”.
Een semipermeabel membraan creëert de situatie
Als de opgeloste stof het membraan niet kan passeren maar het oplosmiddel wel, kan de samenstelling niet worden vereffend door diffusie van de opgeloste stof. Het oplosmiddel beweegt in de richting die het verschil in zijn chemische potentiaal verkleint; in een verdunde benadering bij gelijke temperatuur en druk is dat meestal naar de kant met meer opgeloste deeltjes.
Osmotische druk
Voor voldoende verdunde oplossingen volgt de osmotische druk een ideaal-gasachtige relatie: π = iMRT. Dit is nuttig voor het schatten van molaire massa’s van macromoleculen, omdat zelfs bij lage concentratie een meetbare druk kan ontstaan.
Verkenner voor osmotische druk
Toniciteit is een biologische toepassing, geen synoniem
Bij cellen is van belang of opgeloste stoffen het membraan op de relevante tijdschaal kunnen passeren. Een oplossing kan iso-osmotisch maar niet isotoon zijn als haar opgeloste stof snel de cel binnengaat. Toniciteit hangt dus af van membraanpermeabiliteit én concentratie.
Werkelijke oplossingen wijken af van de ideale formule
De van ’t Hoff-uitdrukking werkt het best voor verdunde oplossingen. Elektrolytionen interageren, moleculen kunnen associëren en membranen zijn zelden perfect selectief. Voor nauwkeurig kwantitatief werk zijn activiteiten en gemeten osmotische coëfficiënten nodig, niet alleen ideaal deeltjes tellen.
Uitgewerkte voorbeelden
1. Osmotische druk van sacharose
Oplossing
Voor 0,20 M sacharose bij 298 K met i≈1 geldt π≈(0,20)(0,08206)(298)=4,89 atm.
2. Ideale vergelijking met NaCl
Oplossing
Bij dezelfde M en T geeft ideaal NaCl met i≈2 ongeveer tweemaal de osmotische druk van een niet-elektrolyt; echte oplossingen wijken af.
3. Omgekeerde osmose
Oplossing
Als een oplossing π=25 bar heeft, overschrijdt 30 bar aan de oplossingszijde π en kan het oplosmiddel tegen de spontane osmotische richting in worden gedreven.