Informatie

Vindt osmose plaats als we twee verschillende stoffen hebben?


Stel dat we een semi-permeabel membraan hebben met aan beide zijden water. Eerste, duidelijke geval: aan de rechterkant hebben we een concentratie van de stof A en aan de linkerkant hebben we zuiver water. Duidelijk effect: water stroomt van links naar rechts.

Stel je nu voor dat we een tweede geval hebben. We hebben hetzelfde membraan, en een waterige oplossing van A aan de rechterkant. Links hebben we een wateroplossing van een andere stof, laten we het B noemen. Wat gebeurt er nu? Ik kan me een paar mogelijkheden voorstellen:

  • het systeem gedraagt ​​zich precies zoals in het eerste geval, omdat de stoffen geen invloed op elkaar hebben
  • het systeem gedraagt ​​zich als een oplossing van A aan beide kanten, met water dat in de richting van hogere concentratie stroomt (omdat het alleen uitmaakt of er iets tussen de watermoleculen zit, maar het maakt niet uit wat)
  • er gebeurt een interessant kruisbeïnvloedingseffect
  • een van de drie bovenstaande dingen kan gebeuren, afhankelijk van de specifieke combinatie van stoffen A en B

Welke is het echte effect? Wat gebeurt er, en waarom?

Als je een voorbeeld van de eigenlijke stoffen nodig hebt, laat B dan thiamine zijn en A gewoon natriumchloride, maar ik ben geïnteresseerd in het algemene geval.


Als A en B dezelfde concentratie hebben, zal er geen netto beweging van water zijn.

Alles staat of valt met diffusie. In jouw voorbeeld van oplossing A/zuiver water diffunderen watermoleculen aan beide zijden van het membraan door het membraan naar het andere compartiment. De "concentratie" van water is echter minder in oplossing A, dus de bewegingssnelheid is minder van oplossing A naar water dan van water naar oplossing A. Water blijft in de oplossing bewegen tot een andere kracht, zoals hydrostatische druk , gaat de "osmotische druk" tegen.

Als oplossing A en oplossing B dezelfde concentratie hebben, zal de bewegingssnelheid van water in beide richtingen hetzelfde zijn, dus er zal geen netto beweging plaatsvinden.

(In een typische experimentele opstelling met dialysemembraan zou niets van dit alles van toepassing zijn op de opgeloste stoffen die je noemt, omdat ze ook door de poriën zouden kunnen bewegen en je zou eindigen met een perfecte menging. Je zou macromoleculaire opgeloste stoffen moeten gebruiken.)


Eigenlijk wordt de zogenaamde osmolariteit van een oplossing alleen bepaald door de concentratie en het aantal dissociërende soorten in de opgeloste stof, en is ongeacht de chemische samenstelling van de opgeloste stof. Dit is een voorbeeld van wat bekend staat als a colligatief eigendom in de chemie.

De van't Hoff-vergelijking geeft de osmotische druk van een oplossing:

P = icRT

waarbij P de osmotische druk is, i de coëfficiënt is die is gekoppeld aan het aantal dissociërende eenheden in de opgeloste stof, c de molaire concentratie van de opgeloste stof is, R de universele gasconstante is en T de absolute temperatuur is. Een niet-ionische soort, zoals glucose, zou een waarde van 'i' hebben die dicht bij één ligt, omdat het molecuul niet dissociëert in oplossing, terwijl NaCl in relatief verdunde concentraties een 'i'-waarde in de buurt van 2 zou moeten hebben, omdat het dissocieert in natrium en chloride-ionen in oplossing.

Dus in het geval van de twee oplossingen aan weerszijden van het semipermeabele membraan zoals u beschreef, zou water van het gebied met lagere osmolariteit naar het gebied met hogere osmolariteit stromen, totdat de osmotische druk aan beide zijden van het membraan in evenwicht komt (vanwege aan de veranderingen in de concentratie van de opgeloste stoffen door de netto waterbeweging).


Osmose is de beweging van water door een semipermeabel membraan volgens de concentratiegradiënt van water over het membraan, die omgekeerd evenredig is met de concentratie van opgeloste stoffen. Semipermeabele membranen, ook wel selectief permeabele membranen of gedeeltelijk permeabele membranen genoemd, laten bepaalde moleculen of ionen door door diffusie.

Terwijl diffusie materialen door membranen en in cellen transporteert, transporteert osmose alleen water door een membraan. Het semipermeabele membraan beperkt de diffusie van opgeloste stoffen in het water. Het is niet verrassend dat de aquaporine-eiwitten die de waterbeweging vergemakkelijken een grote rol spelen bij osmose, het meest prominent in rode bloedcellen en de membranen van niertubuli.


Invoering:

Dit experiment werd uitgevoerd om het proces van osmose aan te tonen en om zowel zichtbaar als kwantitatief bewijs te tonen dat osmose plaatsvond. Door de taak om de procentuele concentraties in twee verschillende oplossingen te bepalen, bestudeerden we het proces van osmose. Osmose is de beste manier om dit experiment uit te voeren, omdat tijdens het experiment het gewicht van de beker/dialyseslang veranderde en de enige logische verklaring was dat er diffusie van water had plaatsgevonden. Osmose is de diffusie van water. Afhankelijk van welke zwaarder was (de beker of de dialyseslang) nadat het experiment was uitgevoerd, was de richting van de waterdiffusie duidelijk. Als de beker zwaarder was, betekent dat dat het water vanuit de dialyseslang naar de beker diffundeerde. In tegenstelling tot dit proces, als de dialyseslang na het experiment zwaarder was, zou het water van de beker naar de dialyseslang zijn gediffundeerd. We zagen beide processen van osmose plaatsvinden in onze experimenten omdat we twee verschillende oplossingen hadden.

Volgens de zevende editie van Campbell/Reece's Biology-handboek is osmose "de diffusie van water door een selectief permeabel membraan" (woordenlijst Campbell). Omdat diffusie het fundamentele proces is, zijn de kenmerken van diffusie van toepassing op osmose. Diffusie heeft te maken met het verschuiven van deeltjes totdat verschillende zijden een gelijk aantal deeltjes hebben. Een belangrijke factor is het verschil in concentratie. Diffusie en osmose treden op omdat de concentraties enigszins gelijk zouden moeten zijn (Sheppard 1). Het belangrijkste verschil is dat osmose de diffusie is van water. Watermoleculen vaak diffuus door celmembranen, dus het proces is belangrijk. De hoeveelheid water in de cel verandert echter meestal niet omdat er in principe een gelijke hoeveelheid water de cel binnenkomt en verlaat (Bowen 1). Omdat osmose plaatsvindt over een "selectief permeabel membraan", moet de definitie van deze term worden erkend. Zoals vermeld in een artikel over osmose: "Een selectief permeabel membraan is een membraan dat onbeperkte doorgang van water mogelijk maakt, maar geen opgeloste moleculen of ionen" (Bowen 1). Het is algemeen duidelijk dat osmose een buitengewoon belangrijk proces is om te bestuderen en de beste keuze was voor ons experiment, dat ons logische resultaten opleverde door de studie van het osmoseproces.

Materialen en methodes:

Onze laboratoriumprocedure. Materialen die we hebben gebruikt, zijn onder meer een dialysezak, water, sucrose en bekers

1. We hebben de dialysezak gevuld met ongeveer 10 gram onbekende oplossing.

2. We vulden de beker met ongeveer 200 gram water en 2 gram sucrose.

3. Daarna dompelden we de dialysezak volledig onder in de beker met oplossing en hij bleef daar twintig minuten staan.

4. Vervolgens haalden we de dialysezak uit de beker, droogden hem af en maten zijn massa.

5. We gebruikten de massa van de verkregen dialysezak en bepaalden de grammen sucrose en water die in de beker aanwezig waren. We deden dit door de concentratie van de onbekende oplossing te berekenen en een verhouding in te stellen waarbij x gelijk was aan de grammen sucrose die oorspronkelijk in de dialysezak zaten.

Stel de vergelijking in als: X /(gewicht van oplossing in zak na wachten) = 2/(gram oplossing in beker na wachten) De oorspronkelijke procentuele concentratie is x/10.

Tafel 1: Voor en na gewichten van water, zetmeel en oplossing zowel in de dialysezak als in de beker voor onbekende oplossing A.


Welke factoren beïnvloeden osmose?

1) Temperatuur – Warmer de temperatuur, hoger is de snelheid van osmose.

2) Interactiegebied - Hoe groter het oppervlak van op elkaar inwerkende moleculen, hoe hoger de osmosesnelheid.

3) Concentratiegradiënt: of Osmotisch verloop – Hoe groter het verschil in concentratiegradiënt tussen de regio's, hoe hoger de diffusiesnelheid

4) Osmotische druk: - Hoe hoger de hydrostatische druk die wordt uitgeoefend door een oplossing over een semipermeabel membraan van een zuiver oplosmiddel, hoe langzamer de diffusiesnelheid

Verschillende soorten osmotische oplossingen en hun effect op osmose

De relatieve concentratie van opgeloste stoffen in de oplossing wordt de toniciteit genoemd. De toniciteit bepaalt de snelheid en richting van osmose. Osmotische oplossingen worden ingedeeld in de volgende typen:

a) Isotone oplossingen: Hebben dezelfde concentratie van opgeloste stoffen zowel binnen als buiten de cel. Hier is er geen netto beweging van oplosmiddelen over het membraan, aangezien de hoeveelheid die de cel binnenkomt en uitgaat gelijk is.

b) Hypotone oplossingen: Hebben een hogere concentratie opgeloste stoffen in de cel dan buiten. Wanneer dit gebeurt, komt er meer oplosmiddel de cel binnen in vergelijking met de hoeveelheid die eruit gaat, om de concentratie opgeloste stof aan beide zijden van het membraan in evenwicht te brengen.

c) Hypertonische oplossingen: Hebben een hogere concentratie opgeloste stoffen buiten de cel dan erin. Hier verlaat meer oplosmiddel de cel in vergelijking met de hoeveelheid die het membraan binnenkomt.


Biocompatibiliteit, oppervlakte-engineering en levering van medicijnen, genen en andere moleculen

D. Mastropietro, . H. Omidian, in Comprehensive Biomaterials II, 2017

4.23.3.10.2 Osmotische tabletten

Osmose kan worden gedefinieerd als de spontane beweging van oplosmiddelmoleculen door een semi-permeabel membraan van een oplossing met een lagere concentratie naar een oplossing met een hogere concentratie. Een osmotische pomp kan in een tablet worden gemaakt met behulp van osmose om het medicijn met een constante snelheid naar buiten te "duwen", onafhankelijk van de medicijnconcentratie. De drijvende kracht achter dit mechanisme is de osmotische druk tussen de binnenkant van de doseringsvorm en de bulkmedia gecreëerd door een osmotisch actieve hulpstof en geneesmiddel. De beweging van het oplosmiddel kan dan worden geregeld met behulp van semipermeabele polymere hulpstoffen. Het oplossen van het geneesmiddel wordt vervolgens gecontroleerd door de hoeveelheid water die in de tablet stroomt te beperken, waardoor het opgeloste geneesmiddel met een constante snelheid wordt afgegeven door een met een laser gemaakt gat in het membraan. Het eerste type tabletten dat deze technologie gebruikte, werd Osmotic Release Oral System (OROS) genoemd en bestond uit een vaste tabletkern omgeven door een semi-permeabele coating die de snelheid regelt en een opening voor het vrijgeven van medicijnen.

Een meer complex osmotisch tabletontwerp is de push-pull-pomp. Het basisontwerp begint met een dubbellaagse tablet waarbij de ene laag het medicijn bevat en de andere laag is gemaakt van een osmotisch actief middel (bijv. zout) en een zwelbaar polymeer dat fungeert als het duwcompartiment. Zoals eerder is de hele tablet omhuld met een semi-permeabel membraan, waarbij het lasergeboorde gat aan de kant van het geneesmiddel is gemaakt. Na toediening wordt de binnenkant van de tablet gevuld met maagvloeistof die op zijn beurt het polymeer van de duwlaag hydrateert en opzwelt. Hierdoor wordt het opgeloste medicijn uit de open opening geduwd. Een voorbeeld van zo'n tablet is het product Procardia XL, samengesteld uit een osmotisch actieve medicijnkern van nifedipine en een externe semipermeabele coating van celluloseacetaat. De onoplosbare celluloseacetaatcoating regelt de geneesmiddelafgifte door de snelheid te beperken waarmee het oplosmiddel de binnenkant van de tablet kan binnendringen en het geneesmiddel door het lasergevormde gat in de coating naar buiten kan duwen. 75 Bij sulfonylureumglipizide (Glucotrol XL),76 is de duwlaag gemaakt van in water zwelbaar PEO en natriumchloride dat als osmotisch middel fungeert. De semipermeabele coating bestaat uit EC en PEG. Aangezien het PEG in water oplosbaar is, geldt dat hoe hoger de hoeveelheid in het membraan, hoe poreuzer het membraan zal zijn, wat leidt tot snellere geneesmiddelafgiftesnelheden.


Vindt osmose plaats als we twee verschillende stoffen hebben? - Biologie

Osmose is een kritisch fenomeen dat verband houdt met de beweging van oplosmiddel door semi-permeabele membranen. Een semi-permeabel membraan is er een waardoor oplosmiddelmoleculen kunnen passeren, maar opgeloste moleculen niet. Dit lijkt misschien een heel vreemd materiaal (en in sommige opzichten is het dat ook), maar biologische cellen zijn samengesteld uit dergelijke membranen. Vandaar het belang van osmose in de biologie, omdat het een sterk effect heeft op hoe oplosmiddel in en uit cellen wordt getransporteerd.

Ten eerste, wat is osmose? Osmose is de spontane beweging van oplosmiddel door een semi-permeabel membraan. Het treedt op wanneer twee oplossingen van verschillende concentraties worden gescheiden door een dergelijk membraan. Onthoud dat de vrije energie van een oplossing afhangt van de concentratie ervan. Oplossingen met een hogere concentratie hebben een lagere vrije energie. Dat is een oplossing met een hogere concentratie die thermodynamisch stabieler is. Wanneer twee oplossingen met verschillende concentraties aan weerszijden van een membraan worden geplaatst, is er een verschil in vrije energie tussen de twee zijden. Als gevolg hiervan zal het oplosmiddel zodanig bewegen dat zijn vrije energie wordt verlaagd. Dit betekent dat het door het membraan zal gaan van de kant met een lage concentratie naar de kant met een hogere concentratie. Deze beweging van oplosmiddel wordt osomsis genoemd. Van het oplosmiddel wordt gezegd dat het "osmose" is. De osmose zal doorgaan totdat beide zijden van het membraan dezelfde concentratie hebben (dezelfde vrije energie). Dit is de evenwichtstoestand. Neem het onderstaande voorbeeld.

Een buis heeft in het midden een semi-permeabel membraan met aan weerszijden twee oplossingen. De oplossing aan de linkerkant heeft een hogere concentratie dan die aan de rechterkant. Het oplosmiddel zal dus van de rechterkant naar de linkerkant bewegen om bij de oplossing met lagere vrije energie te komen. Dit zal leiden tot een verdunning van de oplossing die aanvankelijk meer geconcentreerd was en een concentratie van de oplossing die aanvankelijk meer verdund was. De stroom zal doorgaan totdat de twee zijden gelijk zijn in vrije energie. De verplaatsing van oplosmiddel van de ene kant naar de andere, zal leiden tot een hoogteverschil tussen de twee kanten. Deze hoogte kan worden omgezet in een druk. De druk wordt gegeven als

Waarbij &Pi de druk is en gerelateerd is aan de dichtheid van de oplossing, ( ho), de versnelling door de zwaartekracht, (g), en de hoogte van de oplossing, (h). Het is belangrijk om voorzichtig te zijn met eenheden met deze formule. Over het algemeen kunt u het beste de dichtheden in kg m -3 , g = 9,8 m s -2 en hoogten in meters gebruiken. Dit zal druk opleveren in Pascals. Deze druk is ook gerelateerd aan het concentratieverschil tussen de twee oplossingen. Het wordt gegeven als

Waar ook weer &Pi de osmose druk is, is M de verschil in de concentratie van de oplossingen is R de ideale gasconstante en is T de temperatuur in Kelvin. Nogmaals, eenheden zijn van cruciaal belang. Als de concentratie in molariteit is (mol per liter), dan geeft het gebruik van R in L-atm drukken in atm. Onthoud dat de concentratie die er toe doet de totale concentratie van alle opgeloste stoffen is. Met alle ionen die dissociëren, moet je rekening houden met de Van't Hoff-factor, l. Als u de "osmotische druk" van een oplossing berekent. Aangenomen wordt dat dit een vergelijking is met een zuiver oplosmiddel. Het verschil in concentratie is dus gewoon de concentratie van de oplossing.

In tegenstelling tot kookpuntverhoging en vriespuntverlaging, kunnen de effecten van osmose groot zijn. Voor een 1 M NaCl-oplossing is de osmotische druk 48,9 atm (l = 2, &Pi = iMRT = (2)(1 mol L -1 )(0.08206 L-atm K -1 mol -1 )(298 K) = 48.9 atm. Dit is een forse druk.

Een andere manier om over de osmotische druk na te denken, is dat het de druk is die moet worden uitgeoefend om de osmotische stroom te stoppen. Dit leidt tot een ander belangrijk concept: omgekeerde osmose. Dit is het niet-spontane transport van het oplosmiddel door het semipermeabele membraan van geconcentreerde oplossingen naar verdunning. Dit is een proces dat kan worden gebruikt om water te zuiveren. Hoe kan de oplosmiddelstroom worden omgekeerd? Door de vrije energie van de geconcentreerde oplossing sterk te verhogen door druk toe te voegen. Het toepassen van een druk gelijk aan de osmotische druk zal de osmose stoppen. Het toepassen van een hogere druk dan de osmotische druk zal de osmose omkeren. Als we druk uitoefenen op de geconcentreerde kant, zal het oplosmiddel in de andere richting door het membraan stromen, wat resulteert in zuiver oplosmiddel. Een uitdaging bij omgekeerde osmose is dat naarmate u zuiver oplosmiddel produceert, de oplossing steeds geconcentreerder wordt. Het betekent dat de osmotische druk toeneemt en een steeds hogere druk nodig is om het proces voort te zetten. Een groot probleem bij omgekeerde osmose voor waterzuivering is dat de membranen bij zulke hoge toegepaste drukken kunnen barsten.

Een paar andere gedachten. Je vraagt ​​je misschien af ​​hoe het mogelijk is om een ​​semi-permeabel membraan te construeren dat het oplosmiddel kan passeren, maar niet de opgeloste stof. Over het algemeen zijn dit gewoon barrières met hele kleine gaatjes. Als het oplosmiddel klein is en de opgeloste stof groot, werkt het semi-permeabele membraan in wezen als een filter. Maar hoe werkt het membraan als het oplosmiddel water is en de opgeloste stof een ion zoals Na+? Is Na+ niet veel kleiner dan een watermolecuul? Ja en nee. Een Na+ in de gasfase is veel kleiner dan een watermolecuul. Maar we kijken naar een Na+ in oplossing. Meer correct zijn we geïnteresseerd in Na + (aq). In een waterige oplossing interageert de Na+ sterk met een aantal watermoleculen. Het is dus niet kleiner dan een watermolecuul, maar heeft de grootte van 6-8 watermoleculen. Nu kunnen we een barrière bouwen die het water doorlaat en de ionen tegenhoudt. Daarnaast worden de ionen geladen en is het water neutraal. We hebben dus extra middelen om de opgeloste stof eruit te "filteren".

Ten slotte is osmose erg belangrijk voor biologische cellen. Als we cellen in oplossingen plaatsen waarin de concentratie van de oplossing buiten de cel veel lager is dan binnen de cel, zal water spontaan door het celmembraan naar de hogere concentratie binnenin bewegen. Als het concentratieverschil voldoende groot is, gaat dit proces door totdat de celwand barst. Omgekeerd, als we de cellen in een oplossing plaatsen waarin de concentratie buiten de cel hoger is dan binnen, zal het water in de cellen spontaan uit de cellen naar de buitenste oplossing gaan. Hierdoor wordt het water effectief uit de cellen verwijderd. Maar als we ervoor zorgen dat de concentratie binnen en buiten identiek is, dan zal er geen verschil in vrije energie zijn tussen binnen en buiten en zal de snelheid waarmee het water de cel verlaat identiek zijn aan de snelheid van het water dat de cel binnenkomt. Deze drie voorwaarden zijn hieronder weergegeven. Wanneer de buitenste oplossing een hogere concentratie heeft dan in de cel, hypertoon genoemd, verschrompelen de cellen. Wanneer de concentratie buiten lager is dan binnen, hypotoon genoemd, stroomt het water naar binnen en barsten de cellen. Wanneer de concentraties hetzelfde zijn, isotoon, wisselen de cellen vrij water uit met de oplossing zonder dat dit leidt tot een verandering in de concentratie.


Biocompatibiliteit, oppervlakte-engineering en levering van medicijnen, genen en andere moleculen

D. Mastropietro, . H. Omidian, in Comprehensive Biomaterials II, 2017

4.23.3.10.2 Osmotische tabletten

Osmose kan worden gedefinieerd als de spontane beweging van oplosmiddelmoleculen door een semi-permeabel membraan van een oplossing met een lagere concentratie naar een oplossing met een hogere concentratie. Een osmotische pomp kan in een tablet worden gemaakt met behulp van osmose om het medicijn met een constante snelheid naar buiten te "duwen", onafhankelijk van de medicijnconcentratie. De drijvende kracht achter dit mechanisme is de osmotische druk tussen de binnenkant van de doseringsvorm en de bulkmedia gecreëerd door een osmotisch actieve hulpstof en geneesmiddel. De beweging van het oplosmiddel kan dan worden geregeld met behulp van semipermeabele polymere hulpstoffen. Het oplossen van het geneesmiddel wordt vervolgens gecontroleerd door de hoeveelheid water die in de tablet stroomt te beperken, waardoor het opgeloste geneesmiddel met een constante snelheid wordt afgegeven door een met een laser gemaakt gat in het membraan. Het eerste type tabletten dat deze technologie gebruikte, werd Osmotic Release Oral System (OROS) genoemd en bestond uit een vaste tabletkern omgeven door een semi-permeabele coating die de snelheid regelt en een opening voor het vrijgeven van medicijnen.

Een meer complex osmotisch tabletontwerp is de push-pull-pomp. Het basisontwerp begint met een dubbellaagse tablet waarbij de ene laag het medicijn bevat en de andere laag is gemaakt van een osmotisch actief middel (bijv. zout) en een zwelbaar polymeer dat fungeert als het duwcompartiment. Zoals eerder is de hele tablet omhuld met een semi-permeabel membraan, waarbij het lasergeboorde gat aan de kant van het geneesmiddel is gemaakt. Na toediening wordt de binnenkant van de tablet gevuld met maagvloeistof die op zijn beurt het polymeer van de duwlaag hydrateert en opzwelt. Hierdoor wordt het opgeloste medicijn uit de open opening geduwd. Een voorbeeld van zo'n tablet is het product Procardia XL, samengesteld uit een osmotisch actieve medicijnkern van nifedipine en een externe semipermeabele coating van celluloseacetaat. De onoplosbare celluloseacetaatcoating regelt de geneesmiddelafgifte door de snelheid te beperken waarmee oplosmiddel de binnenkant van de tablet kan binnendringen en het geneesmiddel door het lasergevormde gat in de coating naar buiten kan duwen. 75 Bij sulfonylureumglipizide (Glucotrol XL),76 is de duwlaag gemaakt van in water zwelbaar PEO en natriumchloride dat als osmotisch middel fungeert. De semipermeabele coating bestaat uit EC en PEG. Aangezien het PEG in water oplosbaar is, geldt dat hoe hoger de hoeveelheid in het membraan, hoe poreuzer het membraan zal zijn, wat leidt tot snellere geneesmiddelafgiftesnelheden.


Inhoud

Sommige soorten osmotische stroming zijn sinds de oudheid waargenomen, bijvoorbeeld bij de constructie van Egyptische piramides. [9] Jean-Antoine Nollet documenteerde voor het eerst de waarneming van osmose in 1748. [10] Het woord "osmose" stamt af van de woorden "endosmose" en "exosmose", die werden bedacht door de Franse arts René Joachim Henri Dutrochet (1776-1847) van de Griekse woorden ἔνδον (eindigt op "binnen"), ἔξω (éxō "buitenste, externe"), en ὠσμός (smós "duwen, impuls"). [11] In 1867 vond Moritz Traube zeer selectieve precipitatiemembranen uit, waarmee de kunst en techniek van het meten van osmotische stroming vooruitging. [9]

Osmose is de beweging van een oplosmiddel door een semipermeabel membraan naar een hogere concentratie opgeloste stof. In biologische systemen is het oplosmiddel meestal water, maar osmose kan voorkomen in andere vloeistoffen, superkritische vloeistoffen en zelfs gassen. [12] [13]

Wanneer een cel in water wordt ondergedompeld, gaan de watermoleculen door het celmembraan van een gebied met een lage concentratie aan opgeloste stoffen naar een hoge concentratie aan opgeloste stoffen. Als de cel bijvoorbeeld wordt ondergedompeld in zout water, gaan watermoleculen de cel uit. Als een cel wordt ondergedompeld in zoet water, komen watermoleculen de cel binnen.

Wanneer het membraan aan beide zijden een volume zuiver water heeft, gaan watermoleculen in elke richting met precies dezelfde snelheid in en uit. Er is geen netto waterstroom door het membraan.

Osmose kan worden aangetoond wanneer aardappelschijfjes worden toegevoegd aan een zoutrijke oplossing. Het water uit de aardappel stroomt naar de oplossing, waardoor de aardappel krimpt en zijn 'turgordruk' verliest. Hoe geconcentreerder de zoutoplossing, hoe groter het verschil in grootte en gewicht van de aardappelschijf.

Chemische tuinen demonstreren het effect van osmose in de anorganische chemie.

Het mechanisme dat verantwoordelijk is voor het aansturen van osmose wordt in biologie- en scheikundeteksten gewoonlijk voorgesteld als ofwel de verdunning van water door opgeloste stof (resulterend in een lagere waterconcentratie aan de hogere opgeloste concentratiezijde van het membraan en dus een diffusie van water langs een concentratiegradiënt) of door de aantrekking van een opgeloste stof tot water (resulterend in minder vrij water aan de kant van de hogere opgeloste stofconcentratie van het membraan en dus netto verplaatsing van water naar de opgeloste stof). Beide begrippen zijn definitief weerlegd.

Het diffusiemodel van osmose wordt onhoudbaar gemaakt door het feit dat osmose water door een membraan naar een hogere waterconcentratie kan drijven. [14] Het "gebonden water"-model wordt weerlegd door het feit dat osmose onafhankelijk is van de grootte van de opgeloste moleculen - een colligatieve eigenschap [15] - of hoe hydrofiel ze zijn.

Het is moeilijk om osmose te beschrijven zonder een mechanische of thermodynamische verklaring, maar in wezen is er een interactie tussen de opgeloste stof en water die de druk tegengaat die anders vrije opgeloste moleculen zouden uitoefenen. Een feit om rekening mee te houden is dat warmte uit de omgeving kan worden omgezet in mechanische energie (opstijgend water).

Veel thermodynamische verklaringen gaan in op het concept van chemische potentiaal en hoe de functie van het water aan de oplossingszijde verschilt van die van zuiver water vanwege de hogere druk en de aanwezigheid van de opgeloste stof die zodanig tegenwerkt dat de chemische potentiaal ongewijzigd blijft. De viriale stelling toont aan dat aantrekking tussen de moleculen (water en opgeloste stof) de druk vermindert, en dus is de druk die door watermoleculen op elkaar wordt uitgeoefend in oplossing minder dan in zuiver water, waardoor zuiver water de oplossing kan "forceren" totdat de druk evenwicht bereikt. [15]

Osmotische druk is de belangrijkste oorzaak van ondersteuning in veel planten. De osmotische binnenkomst van water verhoogt de turgordruk die tegen de celwand wordt uitgeoefend, totdat deze gelijk is aan de osmotische druk, waardoor een stabiele toestand ontstaat.

Wanneer een plantencel in een oplossing wordt geplaatst die hypertoon is ten opzichte van het cytoplasma, beweegt water uit de cel en krimpt de cel. Daarbij wordt de cel slappe. In extreme gevallen raakt de cel geplasmolyseerd - het celmembraan komt los van de celwand door gebrek aan waterdruk erop.

Wanneer een plantencel in een oplossing wordt geplaatst die hypotoon is ten opzichte van het cytoplasma, stroomt water de cel in en zwelt de cel op tot gezwollen.

Osmose is verantwoordelijk voor het vermogen van plantenwortels om water uit de bodem te halen. Planten concentreren opgeloste stoffen in hun wortelcellen door actief transport en water komt de wortels binnen door osmose. Osmose is ook verantwoordelijk voor het regelen van de beweging van wachtcellen.

In ongebruikelijke omgevingen kan osmose zeer schadelijk zijn voor organismen. Zo zullen bijvoorbeeld zoet- en zoutwateraquariumvissen die in water met een ander zoutgehalte worden geplaatst dan waaraan ze zijn aangepast, snel sterven, en in het geval van zoutwatervissen dramatisch. Een ander voorbeeld van een schadelijk osmotisch effect is het gebruik van keukenzout om bloedzuigers en slakken te doden.

Stel dat een dier- of plantencel in een oplossing van suiker of zout in water wordt geplaatst.

  • Als het medium is hypotoon ten opzichte van het celcytoplasma, zal de cel water winnen door osmose.
  • Als het medium is isotoon, zal er geen netto beweging van water door het celmembraan zijn.
  • Als het medium is hypertoon ten opzichte van het celcytoplasma, zal de cel water verliezen door osmose.

Dit betekent dat als een cel in een oplossing wordt geplaatst die een hogere concentratie opgeloste stoffen heeft dan die van hemzelf, deze zal verschrompelen, en als het in een oplossing wordt geplaatst met een lagere concentratie aan opgeloste stoffen dan die van hemzelf, zal de cel opzwellen en zelfs barsten. .

Osmotische druk

Osmose kan worden tegengegaan door de druk in het gebied met hoge concentratie aan opgeloste stoffen te verhogen ten opzichte van die in het gebied met lage concentratie aan opgeloste stoffen. De kracht per oppervlakte-eenheid, of druk, die nodig is om de doorgang van water (of een andere oplossing met hoge liquiditeit) door een selectief permeabel membraan en in een oplossing met een hogere concentratie te voorkomen, is gelijk aan de osmotische druk van de oplossing, of turgor. Osmotische druk is een colligatieve eigenschap, wat betekent dat de eigenschap afhangt van de concentratie van de opgeloste stof, maar niet van de inhoud of chemische identiteit.

Osmotische gradiënt

De osmotische gradiënt is het verschil in concentratie tussen twee oplossingen aan weerszijden van een semipermeabel membraan en wordt gebruikt om het verschil in percentages van de concentratie van een specifiek deeltje opgelost in een oplossing te bepalen.

Gewoonlijk wordt de osmotische gradiënt gebruikt bij het vergelijken van oplossingen met een semipermeabel membraan ertussen waardoor water tussen de twee oplossingen kan diffunderen, in de richting van de hypertone oplossing (de oplossing met de hogere concentratie). Uiteindelijk zal de kracht van de waterkolom aan de hypertone zijde van het semipermeabele membraan gelijk zijn aan de diffusiekracht aan de hypotone zijde (de zijde met een lagere concentratie), waardoor een evenwicht ontstaat. Wanneer het evenwicht is bereikt, blijft water stromen, maar het stroomt beide kanten op in gelijke hoeveelheden en kracht, waardoor de oplossing wordt gestabiliseerd.

Omgekeerde osmose

Omgekeerde osmose is een scheidingsproces waarbij druk wordt gebruikt om een ​​oplosmiddel door een semi-permeabel membraan te dwingen dat de opgeloste stof aan de ene kant vasthoudt en het zuivere oplosmiddel naar de andere kant laat gaan, waardoor het vanuit een gebied met een hoge concentratie aan opgeloste stoffen door een membraan wordt geperst. naar een gebied met een lage concentratie opgeloste stoffen door een druk uit te oefenen die hoger is dan de osmotische druk.

Voorwaartse osmose

Osmose kan direct worden gebruikt om water te scheiden van een oplossing die ongewenste opgeloste stoffen bevat. Een "afzuigoplossing" met een hogere osmotische druk dan de voedingsoplossing wordt gebruikt om een ​​netto waterstroom door een semi-permeabel membraan te induceren, zodat de voedingsoplossing geconcentreerd wordt als de trekoplossing verdund wordt. De verdunde onttrekkingsoplossing kan dan direct worden gebruikt (zoals bij een opneembare opgeloste stof zoals glucose), of naar een secundair scheidingsproces worden gestuurd voor de verwijdering van de onttrokken opgeloste stof. Deze secundaire scheiding kan efficiënter zijn dan een omgekeerd osmoseproces alleen zou zijn, afhankelijk van de gebruikte onttrekkingsoplosmiddel en het behandelde voedingswater. Voorwaartse osmose is een gebied van doorlopend onderzoek, gericht op toepassingen in ontzilting, waterzuivering, waterbehandeling, voedselverwerking en andere studiegebieden.

  1. ^"osmose Betekenis in het Cambridge English Dictionary". woordenboek.cambridge.org.
  2. ^
  3. https://alevelnotes.com/notes/biology/cells/cell-membranes/osmosis. Ontbreekt of is leeg |title= (help)
  4. ^
  5. "Osmose". Oxford Engels woordenboek (Online red.). Oxford Universiteit krant. (Abonnement of lidmaatschap van een deelnemende instelling vereist.)
  6. ^Osmose, Encyclopædia Britannica online
  7. ^
  8. Haynie, Donald T. (2001). Biologische thermodynamica . Cambridge: Cambridge University Press. blz. 130-136. ISBN978-0-521-79549-4 .
  9. ^
  10. Waugh, A. Grant, A. (2007). Anatomie en fysiologie in gezondheid en ziekte. Edinburgh: Elsevier. blz. 25-26. ISBN978-0-443-10101-4 .
  11. ^OsmosisGearchiveerd 22 februari 2008 bij de Wayback Machine. Universiteit van Hamburg. laatste wijziging: 31 juli 2003
  12. ^
  13. "Statkraft gaat 's werelds eerste prototype osmotische energiecentrale bouwen". Statkraft. 3 oktober 2007. Gearchiveerd van het origineel op 27 februari 2009.
  14. ^ eenB Hammel, H.T. Scholander, P.F. (1976). Perspectieven op het mechanisme van osmose en imbibitie bij: Osmose en trekoplosmiddel. Springer-Verlag, Berlijn, Heidelberg, New York. koppeling.
  15. ^ L'Abbé Nollet (juni 1748) "Recherches sur les cause du bouillonnement des liquides" (Onderzoek naar de oorzaken van het koken van vloeistoffen) Mémoires de Mathématique et de Physique, tirés des registres de l'Académie Royale des Sciences de l'année 1748, blz. 57-104 vooral blz. 101-103. De Memoires (1748) werden gedrukt in: Histoire de l'Académie Royale des Sciences Année 1748, die in 1752 werd gepubliceerd en die een verkorte versie van Nollets artikel op pagina's 10-19 bevat.

Originele tekst : Avant que de finir ce Mémoire, je crois devoir rendre compte d'un fait que je dois au hasard, & qui me parut d'abord ... singulier ... j'en avois rempli une fiole cylindrique, longue de cinq pouces, & d' een pouce de diamètre of omgeving & l'ayant couverte d'un morceau de vessie mouillée & ficelée au col du vaisseau, je l'avois plongée dans un grand vase plein d'eau, afin d'être sûr qu'il ne rentrât aucun lucht dans l'esprit de vin. Au bout de cinq ou six heures, je fus tout surpris de voir que la fiole étoit plus pleine qu'au moment de son immersion, quoiqu'elle le fût alors autant que ses pouvoit le permettre la vessie qui lui servoit de bouchon devenue convexe & si tendue, qu'en la piquant avec une épingle, il en sortit un jet de liqueur qui s'éleva à plus d'un pied de hauteur.

Vertaling : Before finishing this memoir, I think I should report an event that I owe to chance and which at first seemed to me … strange … I filled [with alcohol] a cylindrical vial, five inches long and about one inch in diameter and [after] having covered it with piece of damp bladder [which was] tied to the neck of the vial, I immersed it in a large bowl full of water, in order to be sure that no air re-entered the alcohol. At the end of 5 or 6 hours, I was very surprised to see that the vial was fuller than at the moment of its immersion, although it [had been filled] as far as its sides would allow the bladder that served as its cap, bulged and had become so stretched that on pricking it with a needle, there came from it a jet of alcohol that rose more than a foot high.


Kom meer te weten

BBC Bitesize Wxplains the three ways substances move around cells: diffusion, active transport, and of course osmosis!

This video by the Amoeba Sisters (6:24 min) explains the importance of homeostasis in the human body, with examples of positive feedback and negative feedback.

This video by Emma Bryce (3:54 min) details how kidneys balance the amount of fluid in your body, detect waste in your blood, and know when to release the vitamins, minerals, and hormones you need to stay alive.

Today I Found Out goes into more detail about the different theories there were about why this happens and how they were tested.


Bekijk de video: Transport Membran Pasif: Difusi dan Osmosis (November 2021).