Osmose und Diffusion
Osmose ist die Diffusion von Wasser oder die natürliche Bewegung von Wasser aus einem Bereich einer stärker verdünnten Lösung in einen Bereich einer stärker konzentrierten Lösung, oft durch eine selektiv durchlässige Membran, in dem Versuch, die beiden Konzentrationen auszugleichen. Der Prozess der Diffusion findet aufgrund der Brownschen Bewegung oder der Bewegung von Teilchen aufgrund ihrer natürlichen kinetischen Energie statt. Osmose und Diffusion finden auf natürliche Weise statt und treten in fast allen lebenden und nicht lebenden Systemen bis zu einem gewissen Grad auf. Viele Tiere und mikroskopische Organismen haben spezielle Wege entwickelt, Osmose und Diffusion zu regulieren, wenn sie einen der beiden Prozesse umkehren müssen. Dies ist der Grund, warum viele Tiere aus Süßwasser nicht in Salzwasser überleben können und umgekehrt.
Wenn Zellen Materialien durch ihre Plasmamembranen durch Diffusion bewegen, wird dies als passiver Transport bezeichnet, da keine Energie benötigt wird. Wenn das System jedoch erfordert, dass Moleküle gegen den Fluss der Diffusion bewegt werden, muss aktiver Transport eingesetzt werden und es wird Energie benötigt. Dies ist bei der Verdauung von Nahrungsmitteln und auch bei vielen anderen Anwendungen notwendig. Stellen Sie sich vor, Sie könnten nur die Hälfte der Nahrung, die Sie zu sich nehmen, in den Blutkreislauf diffundieren, wenn aktiver Transport nicht möglich wäre.
Es ist möglich, den Prozess der Osmose zu stoppen, indem man einen erheblichen Druck auf eine Seite des Systems ausübt, um diese Bewegung durch die selektiv permeable Membran zu stoppen. Dieser wird als osmotischer Druck bezeichnet und berechnet sich nach der Formel π = mKosm, wobei π der osmotische Druck, m die Molalität und Kosm eine Konstante ist. Die Konstante Kosm ist temperaturabhängig, daher ist es notwendig, Variablen aus dem idealen Gasgesetz zu ersetzen, um die Gleichung π = MRT abzuleiten, wobei M die Molarität, R die ideale Gaskonstante und T die Temperatur in Kelvin ist.
Der Prozess der Umkehrosmose ist der Prozess der Reinigung von salzhaltigem Wasser, indem der osmotische Druck des Wassers überwunden wird und die Moleküle in ein Rohr gezwungen werden, das nur gereinigtes Wasser enthält. Dies ist möglich, da die Membran so gewählt ist, dass nur die kleinen Wassermoleküle durch die Membran gepresst werden können und die größeren, gelösten Ionen nicht. Dieser Prozess kann auch durch Destillation des Wassers erreicht werden, indem es bis zum Siedepunkt erhitzt und der Wasserdampf in einem separaten Behälter kondensiert wird. Da die Ionen nicht mit dem Wasser verdampfen, verbleiben sie im ursprünglichen Behälter, um später entfernt zu werden.
Wie viel Druck wäre erforderlich, um ein 2L Salzwasser zu reinigen, in dem 292,5g Natriumchlorid gelöst sind, wenn die Temperatur des Behälters 25˚C beträgt?