Tartalom
- TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
- Ozmotikus (hidrosztatikus) nyomás
- Az ozmotikus nyomás összefüggése az oldódó koncentrációval
- Teszteld magad
Az ozmózis egy folyamat, amely két, félig áteresztő gáttal elválasztott tartály között zajlik le. Ha a gát pórusai elég nagyok ahhoz, hogy a vízmolekulák áthaladjanak, de annyira kicsik, hogy blokkolják az oldott anyag molekuláit, akkor a víz alacsonyabb oldott anyag koncentrációjú oldalról áramlik a nagyobb koncentrációjú oldalra. Ez a folyamat addig folytatódik, amíg az oldott anyag koncentrációja mindkét oldalon megegyezik, vagy a nyomásnak ellenálló térfogatváltozás azon az oldalon, ahol a nagyobb koncentráció meghaladja az erőt, amely a vizet a gáton áthaladja. Ez a nyomás ozmotikus vagy hidrosztatikus nyomás, és közvetlenül változik a két oldal közötti oldott anyag koncentrációjának különbségével.
TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
Az átjárhatatlan gáton átvezető víz ozmotikus nyomása növekszik az oldott anyag koncentrációjának különbségével a gát mindkét oldalán. Egynél több oldott anyagú oldatban az összes oldott anyag koncentrációját össze kell számolni a teljes oldott anyag koncentrációjának meghatározása céljából. Az ozmotikus nyomás csak az oldott részecskék számától függ, nem pedig összetételüktől.
Ozmotikus (hidrosztatikus) nyomás
A tényleges mikroszkopikus folyamat, amely az ozmózist vezérli, kissé rejtélyes, ám a tudósok ezt írják le: A vízmolekulák állandó mozgású állapotban vannak, és szabadon vándorolnak egy korlátozás nélküli tartályban, hogy kiegyenlítsék koncentrációjukat. Ha olyan akadályt helyez be a tartályba, amelyen keresztül átjuthatnak, akkor megteszik. Ha azonban a gát egyik oldala olyan oldatot tartalmaz, amelynek részecskéi túl nagyok ahhoz, hogy átjuthassanak a gáton, akkor a másik oldalról áthaladó vízmolekuláknak meg kell osztaniuk a helyet velük. Az oldott anyag oldalán lévő térfogat növekszik, amíg a vízmolekulák száma mindkét oldalon egyenlő.
Az oldott anyag koncentrációjának növelése csökkenti a vízmolekulák számára rendelkezésre álló helyet, ami csökkenti ezek számát. Ez viszont növeli a víz hajlamát a másik oldalról arra az oldalra folyni. A kissé antroporfizálódáshoz minél nagyobb a különbség a vízmolekulák koncentrációjában, annál inkább "akarnak" átjutni a gáton az oldatot tartalmazó oldalra.
A tudósok ezt a vágy ozmotikus nyomásnak vagy hidrosztatikus nyomásnak nevezik, és ez mérhető mennyiség. Helyezzen egy fedelet egy merev tartályra, hogy megakadályozza a térfogat megváltozását, és mérje meg a nyomást, amely szükséges ahhoz, hogy a víz ne emelkedjen, miközben az oldat koncentrációját a legszolút oldalán mérik. Ha nem következik be további koncentráció-változás, akkor a fedélre gyakorolt nyomás az ozmotikus nyomás, feltételezve, hogy a két oldal koncentrációi kiegyenlítettek.
Az ozmotikus nyomás összefüggése az oldódó koncentrációval
A legtöbb valódi helyzetben, mint például a talajból nedvességet gyökérző gyökerek vagy a környezettel folyadékot cserélő sejtek, az oldott anyag bizonyos koncentrációja létezik egy félig áteresztő gát mindkét oldalán, például egy gyökér vagy sejt falán. Az ozmózis akkor fordul elő, amíg a koncentrációk eltérőek, és az ozmotikus nyomás közvetlenül arányos a koncentráció-különbséggel. Matematikai szempontból:
P = RT (∆C)
ahol T a hőmérséklet Kelvins-ben, ∆C a koncentráció-különbség és R az ideális gázállandó.
Az ozmotikus nyomás nem függ az oldott molekulák méretétől vagy összetételétől. Csak attól függ, hogy hányan vannak. Tehát, ha egynél több oldott anyag van jelen az oldatban, az ozmotikus nyomás:
P = RT (C1 + C2 + ... Cn)
ahol C1 az oldott anyag koncentrációja és így tovább.
Teszteld magad
Könnyen áttekinthetővé válik a koncentráció ozmotikus nyomásra gyakorolt hatása. Keverjen össze egy evőkanál sót egy pohár vízben, és tegyen egy sárgarépát. A víz ozmózissal kifolyik a sárgarépából a sós vízbe, és a sárgarépa összezsugorodik. Most növelje meg a sókoncentrációt két vagy három evőkanálra, és rögzítse, hogy a sárgarépa mennyivel gyorsabban és teljesebben összezsugorodik.
A sárgarépában lévő víz sót és egyéb oldott anyagokat tartalmaz, tehát fordítva történik, ha desztillált vízbe meríti: A sárgarépa megduzzad. Adjunk hozzá kis mennyiségű sót és rögzítsük, mennyi időbe telik a sárgarépa duzzadása, vagy ugyanolyan méretű. Ha a sárgarépa nem duzzad vagy zsugorodik, akkor sikerült olyan oldatot elkészíteni, amelynek sókoncentrációja megegyezik a sárgarépával.