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
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.
Die Osmose ist ein naturwissenschaftlicher Prozess, bei dem ein Lösungsmittel (meistens Wasser) durch eine semi-permeable Membran (eine Membran, die einige, aber nicht alle Stoffe durchlässt) von einer Region niedrigerer Konzentration in eine Region höherer Konzentration fließt, um das Konzentrationsungleichgewicht auszugleichen.
Der Osmosedruck ist wichtig, da er bestimmt, wie viel Wasser in oder aus einer Zelle fließen wird. Er ist von entscheidender Bedeutung für viele biologische Funktionen, einschließlich des Überlebens von Pflanzenzellen.
Die Osmose wird durch mehrere Faktoren beeinflusst, einschließlich der Konzentration der Lösung auf beiden Seiten der Membran, der Temperatur und der Art der Membran.
Osmose findet in vielen Bereichen statt, insbesondere in der Biologie und Chemie. In biologischen Systemen spielt sie eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Wassergehalts in Zellen, während sie in der Chemie bei der Trennung von Lösungsmitteln eingesetzt wird.
Während sowohl Osmose als auch Diffusion den Transport von Molekülen beinhalten, bezieht sich Osmose auf den Transport von Lösungsmitteln, während Diffusion den Transport von sowohl Lösungsmitteln als auch gelösten Stoffen beinhaltet. Außerdem benötigt Osmose eine semi-permeable Membran, während Diffusion dies nicht tut.
Eine hypotone Lösung hat eine niedrigere Konzentration gelöster Stoffe als eine andere Lösung, was dazu führt, dass Wasser in die hypotone Lösung strömt. Eine hypertone Lösung hat eine höhere Konzentration gelöster Stoffe, was dazu führt, dass Wasser aus der hypertonen Lösung strömt. Eine isotone Lösung hat die gleiche Konzentration gelöster Stoffe wie eine andere Lösung, so dass kein Nettowasserfluss stattfindet.
Ein osmotischer Schock tritt auf, wenn Zellen plötzlich einer stark hypertonen oder hypotonen Lösung ausgesetzt sind, was zu einer schnellen Veränderung des Wassergehalts der Zelle und möglicherweise zum Zelltod führen kann.
Der Turgordruck ist der Druck, den das Wasser innerhalb einer Zelle auf ihre Zellwand ausübt. Er entsteht durch Osmose, wenn Wasser in die Zelle eintritt und sich darin ansammelt.
Ein Beispiel für die Anwendung von Osmose in der Technik ist die Umkehrosmose, ein Wasseraufbereitungsverfahren, bei dem Wasser unter Druck durch eine semi-permeable Membran gepresst wird, um Verunreinigungen zu entfernen.
Im menschlichen Körper spielt Osmose eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Wassergehalts in Zellen und bei der Aufnahme von Nährstoffen im Darm.