Definitie van osmose
Osmose is de spontane passage van een oplosmiddel (dat in watersystemen gewoonlijk water is), van de oplossing waarin de opgeloste stoffen verdund zijn tot die waarin ze meer geconcentreerd zijn; deze beweging - die plaatsvindt via een semi-permeabel membraan - gaat door totdat een evenwichtssituatie is bereikt, waarin beide oplossingen dezelfde concentratie krijgen en behouden.
Praktisch voorbeeld
Om het concept van osmose beter te verduidelijken, stellen we ons voor een vat te hebben dat is verdeeld in twee compartimenten van hetzelfde volume (A en B) van een semipermeabel membraan (dat wil zeggen, dat alleen doorlaatbaar is voor het oplosmiddel - in dit geval het water - en niet voor de opgeloste stof). In compartiment A bevindt zich een waterige oplossing waarin een eetlepel glucose was opgelost, terwijl we in deel B een waterige oplossing van hetzelfde volume hadden waarin drie eetlepels glucose waren opgelost (het is daarom meer geconcentreerd). Dit verschil creëert een concentratiegradiënt voor glucose aan de zijkanten van het membraan en omdat deze suiker er niet doorheen kan gaan, wordt de balans bereikt met de passage van water uit compartiment A (waar glucose het meest wordt verdund) naar het compartiment B (waar het het meest voorkomt). Als u wilt, kan ook worden gezegd dat water osmose passeert uit de oplossing waarin het meer geconcentreerd is (A) dan dat waarin het minder geconcentreerd is (B).
Na deze stroom neemt het waterniveau in B toe en neemt af in A, waardoor een bepaald niveauverschil tussen de twee wordt gecreëerd. Dit fenomeen eindigt wanneer de twee oplossingen dezelfde concentratie bereiken en vervolgens constant houden.
Hypotonische, isotone en hypertone oplossingen
Door twee oplossingen met verschillende molaire concentraties (verschillend aantal deeltjes opgelost in hen) te nemen, wordt de oplossing met de laagste concentratie van molaire en hypertone concentratie gedefinieerd als hypotoon. Twee oplossingen zijn in plaats daarvan isotoon (of equimolair) wanneer ze dezelfde concentratie hebben.
In het zojuist gegeven voorbeeld is oplossing B hypertoon (daarom bevat het meer opgeloste stoffen) dan de andere (gedefinieerde hypotonie); daarom beweegt het oplosmiddel onder normale omstandigheden door osmose van de hypotonische naar de hypertone oplossing. We spraken over standaardvoorwaarden omdat het, door te spelen met de wetten van de natuurkunde, mogelijk is om het hele concept van osmose omver te werpen en de doorgang van het oplosmiddel van de meest verdunde concentratie naar de meest geconcentreerde (omgekeerde osmose) te bevorderen.
Osmotische druk en omgekeerde osmose
Zoals tot nu toe uitgedrukt, gaat de netto stroom van het oplosmiddel - gegenereerd door osmose - door totdat de twee oplossingen dezelfde concentratie hebben bereikt. Welnu, deze beweging kan worden tegengegaan, gestopt of zelfs omgekeerd door druk uit te oefenen op het compartiment met de hoogste concentratie.
In het vorige voorbeeld is het voldoende om een zuiger in compartiment B te plaatsen (waarvan we ons herinneren dat deze een hogere concentratie heeft) en het met een bepaalde kracht naar beneden te duwen om de doorgang van water naar A te bevorderen; in dit geval spreken we van omgekeerde osmose.
De osmotische druk is de druk die precies tegengesteld is aan de passage van het oplosmiddel door het semipermeabele membraan; bijgevolg is het de druk die nodig is om osmose tegen te gaan.
Volgens wat tot nu toe is gezegd, bieden twee isotone oplossingen dezelfde osmotische druk; om te onderstrepen dat de osmotische druk exclusief afhangt van het aantal deeltjes dat in oplossing aanwezig is en niet van hun aard.
Osmose en menselijk lichaam
De plasmamembranen die de cellen van het menselijk lichaam omringen, zijn in feite semi-permeabele membranen, die de directe doorgang, door osmose, van kleine moleculen (zoals water en ureum), maar niet van die met een groter molecuulgewicht (zoals eiwitten, aminozuren en suikers). Het osmotische evenwicht in lichaamsvloeistoffen is daarom essentieel om de cellen een optimale omgeving te bieden om in te leven.
Als we een cel als een rode bloedcel nemen en deze onderdompelen in een hypotonische oplossing, ondergaat dit - door osmose - een zwelling (gegeven door het binnendringen van water), waardoor het zelfs kan exploderen. Integendeel, als de cel wordt ondergedompeld in een hypertone oplossing, lijdt de cel door de passage van water naar buiten toe aan een ernstige uitdroging waardoor hij kreukt. Gelukkig worden de cellen in het menselijke organisme ondergedompeld in isotonische oplossingen met betrekking tot hun interne omgeving en bestaan er verschillende systemen om deze vloeistoffen in osmotisch evenwicht te houden.
Osmotische druk en voedselbehoud
Laten we even nadenken over een zelfgemaakte jam ... Suiker wordt overvloedig toegevoegd, niet alleen om de smaak te verbeteren, maar ook en vooral om de houdbaarheid te verlengen. Toch is suiker een belangrijk element in de levensduur van vele micro-organismen die betrokken zijn bij productafbraak. Deze schijnbare tegenstrijdigheid is uit het hele concept van osmose verwijderd.
