Innhold
- TL; DR (for lang; ikke lest)
- Osmotisk (hydrostatisk) trykk
- Forholder osmotisk trykk for å løse konsentrasjonen
- Test det selv
Osmose er en prosess som skjer mellom to containere atskilt med en halvgjennomtrengelig barriere. Hvis barrieren har porene store nok til at vannmolekyler kan passere, men små nok til å blokkere molekylene i et løst stoff, vil vann strømme fra siden med den mindre konsentrasjonen av løst stoff til siden med den større konsentrasjonen. Denne prosessen fortsetter til enten konsentrasjonen av løst stoff er lik på begge sider eller den trykkmotstandende volumendring på siden med større konsentrasjon overstiger kraften som fører vannet gjennom barrieren. Dette trykket er osmotisk eller hydrostatisk trykk, og det varierer direkte med forskjellen i løst konsentrasjon mellom de to sidene.
TL; DR (for lang; ikke lest)
Det osmotiske trykket som fører vannet over en ugjennomtrengelig barriere øker med forskjellen i konsentrasjoner av løst stoff på hver side av barrieren. I en løsning med mer enn ett løst stoff, summer konsentrasjonene av alle oppløste stoffer for å bestemme den totale konsentrasjonen av løst stoff. Osmotisk trykk avhenger bare av antall faste stoffer, ikke av deres sammensetning.
Osmotisk (hydrostatisk) trykk
Selve mikroskopiske prosessen som driver osmose er litt mystisk, men forskere beskriver det på denne måten: Vannmolekyler er en tilstand av konstant bevegelse, og de vandrer fritt gjennom en ubegrenset beholder for å utjevne konsentrasjonen. Hvis du setter inn en barriere i beholderen de kan passere gjennom, vil de gjøre det. Imidlertid, hvis den ene siden av barrieren inneholder en løsning med partikler som er for store til å komme gjennom barrieren, må vannmolekylene som passerer gjennom fra den andre siden dele rom med dem. Volumet på siden med oppløsningen øker til antall vannmolekyler på begge sider er likt.
Å øke konsentrasjonen av løst stoff reduserer den tilgjengelige plassen for vannmolekyler, noe som reduserer antallet. Dette øker igjen vannets tendens til å strømme inn på den siden fra den andre siden. For å antropomorfisere litt, jo større forskjell i konsentrasjon av vannmolekyler, jo mer "vil" de bevege seg over barrieren til siden som inneholder løsningen.
Forskere kaller dette trang for osmotisk trykk eller hydrostatisk trykk, og det er en målbar mengde. Sett et lokk på en stiv beholder for å forhindre at volumet endrer seg og måle trykket som trengs for å forhindre at vannet stiger mens du måler konsentrasjonen av løsningen på siden med mest løst stoff. Når det ikke skjer ytterligere endring i konsentrasjonen, er trykket som utøves på dekselet det osmotiske trykket, forutsatt at konsentrasjonene på begge sider ikke har blitt utjevnet.
Forholder osmotisk trykk for å løse konsentrasjonen
I de fleste virkelige situasjoner, for eksempel røtter som trekker fuktighet fra bakken eller celler som utveksler væsker med omgivelsene sine, eksisterer en viss konsentrasjon av løststoffer på begge sider av en halvgjennomtrengelig barriere, for eksempel en rot eller cellevegg. Osmose oppstår så lenge konsentrasjonene er forskjellige, og det osmotiske trykket er direkte proporsjonalt med konsentrasjonsforskjellen. I matematiske termer:
P = RT (∆C)
der T er temperaturen i Kelvins, ∆C er forskjellen i konsentrasjoner og R er den ideelle gasskonstanten.
Osmotisk trykk avhenger ikke av størrelsen på de oppløste molekylene eller deres sammensetning. Det kommer bare an på hvor mange av dem det er. Så hvis mer enn ett løst stoff er til stede i en løsning, er det osmotiske trykket:
P = RT (C1 + C2 + ... Cn)
hvor C1 er konsentrasjonen av løst stoff, og så videre.
Test det selv
Det er lett å få et raskt inntrykk av effekten av konsentrasjon på osmotisk trykk. Bland en spiseskje salt i et glass vann og ha i en gulrot. Vann vil strømme ut av gulroten i det salte vannet ved osmose, og gulroten vil krympe seg. Nå øker saltkonsentrasjonen til to eller tre spiseskjeer og registrer hvor mye raskere og fullstendig gulroten ryker.
Vannet i en gulrot inneholder salt og andre oppløste stoffer, så det motsatte vil skje hvis du senker det i destillert vann: Gulroten vil svulme opp. Tilsett en liten mengde salt og registrer hvor mye mindre tid det tar for gulroten å svelle eller om den svulmer opp i samme størrelse. Hvis gulroten ikke hovner opp eller krymper, har du klart å lage en løsning som har samme saltkonsentrasjon som gulroten.