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Osmose (Einführung)



Die Osmose - eine spezielle Form der Diffusion

Gibt man einen Feststoff in ein Lösungsmittel, in dem sich der Feststoff löst, bewegen sich die Teilchen (mit ungerichteter Bewegung) in dem Lösungsmittel und vermischen sich so zu einer "homogenen" Lösung. Diese Beobachtung der Teilchenbewegung in einer Lösung erforschte Robert Brown, weshalb man die Teilchenbewegung auch als Brownsche Molekularbewegung bezeichnet. Diesen Vorgang der Durchmischung (Moleküle mischen sich aufgrund zufälliger, ungerichteter Bewegung) wird als Diffusion bezeichnet.

Osmose ist eine spezielle Form der Diffusion ist die Osmose. Dabei kommt es zu einer Diffusion des Lösungsmittels durch eine semipermeable Membran, wobei das Lösungsmittel von der weniger konzentrierten in die konzentriertere Lösung diffundiert. Die "Diffusion" des Lösungsmittels bzw. der gelösten Teilchen ist durch die Membran "behindert", es kommt daher "nur" zur Osmose, wobei das Lösungsmittel (aufgrund eines Konzentrationsgradienten) diffundiert. Diese "Hinderung" der Diffusion der gelösten Teilchen wird durch die Membran verursacht, die nur für bestimmte Teilchen durchlässig ist. Solche Membranen werden als semipermeabel ("halbdurchlässig") bezeichnet.

Osmose (ist im Gegensatz zu anderen Stoffwechselvorgängen) ein passiver Stoffwechselvorgang bzw. ein Konzentrationsausgleich zwischen zwei verschieden konzentrierten Lösungen. Durch die Teilchenbewegung erhöht sich bei der Osmose die Entropie, daher läuft der Prozess der Osmose auch spontan ab (sofern ein Konzentrationsgefälle vorhanden ist). Sofern die Osmose nicht durch andere (Stoffwechsel)vorgänge beeinflusst wird, läuft der Prozess solange ab, bis die Stoffmengenkonzentration auf beiden Seiten der Membran gleich ist. Der Prozess der Osmose verläuft von der weniger konzentrierten in die konzentriertere Lösung (=> Konzentrationsgradient). Als "passiv" wird der Osmose-Prozess auch bezeichnet, da für den Ablauf des Prozesses keine Energie notwendig ist

Der Prozess der Osmose wird durch das "Diffusionsgesetz" beschrieben (Fick’sche Diffusionsgesetz). Im Prinzip basiert das Prinzip der Osmose auf einem Konzentrationsausgleich zwischen beiden Seiten der semipermeablen Membran. Der Richtung der Osmose erfolgt dabei von der weniger konzentrierten Lösung zur konzentrierten Lösung. In einem abgeschlossenen System (in der sich das Volumen nicht ändern kann) verändert sich der osmotische Druck. Der osmotischer Druck dauert so lange, bis die Konzentrationen auf beiden Seiten der Membran ausgeglichen sind. Je nach Konzentration auf den beiden Seiten der Membran unterscheidet man drei Zustände.


Die drei Zustände der Osmose
  • Ist die Konzentration des gelösten Stoffes in dem betrachteten System niedriger, als in der Lösung in der Umgebung, wird dies als hypotonisch bezeichnet. Der Prozess der Osmose verläuft immer von einer hypotonischen zu einer hypertonischen Lösung, bis beide Konzentrationen gleich sind
  • Ist die Konzentration des gelösten Stoffes in dem betrachteten System höher, als in der Lösung in der Umgebung, wird dies als hypertonisch bezeichnet.
  • Ist die Konzentration auf beiden Seiten der Membran gleich, so wird dieser Zustand als isotonisch bezeichnet


Die Osmose in der Biologie - Plasmolyse

Die Osmose ist nicht nur ein Vorgang, den man in der Chemie findet, sondern den Prozess der Osmose findet man auch in Lebewesen. Bei Lebewesen fungiert die Zellmembran als semipermeable Membran.

Ein Beispiel, das jeder kennt, ist Salat in salzhaltiger Sauce. Während die "reinen" Salatblätter länger halten, scheinen die Salatblätter in der Sauce zu "verwelken". Dies liegt an dem Salz, da außerhalb des Salatblattes die Konzentration an gelösten Salzteilchen größer ist. Daher findet ein Wasser"fluss" aus der Zelle in die Salatsauce statt.

Dieser Vorgang lässt sich auch gut unter einem Mikroskop beobachten. Gibt man eine pflanzliche Zelle in eine Zucker- oder Salzlösung, kann man beobachten, wie die Vakuole schrumpft und sich allmählich die Zellmembran von der Zellwand löst. Dieser Vorgang wird im Allgemeinen als Plasmolyse bezeichnet.

Kehren wir diesen Prozess um, und legen beispielsweise eine pflanzliche Zelle in destilliertes Wasser, so "fließt" das Wasser aufgrund des osmotischen Prinzips in die Zelle.

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