Osmose en diffusie
Osmose is de diffusie van water, of de natuurlijke beweging van water van een gebied met een meer verdunde oplossing naar een gebied met een meer geconcentreerde oplossing, vaak door een selectief doorlaatbaar membraan, in een poging de twee concentraties in evenwicht te brengen. Het diffusieproces vindt plaats door Brownse beweging of de beweging van deeltjes als gevolg van hun natuurlijke kinetische energie. Osmose en diffusie vinden op natuurlijke wijze plaats en komen in bijna alle levende en niet-levende systemen tot op zekere hoogte voor. Veel dieren en microscopische organismen hebben speciale manieren ontwikkeld om osmose en diffusie te reguleren wanneer zij een van beide processen moeten omkeren. Dit is de reden waarom veel dieren uit zoet water niet in zout water kunnen overleven en omgekeerd.
Wanneer cellen materialen door hun plasmamembranen verplaatsen door middel van diffusie, wordt dit passief transport genoemd omdat er geen energie voor nodig is. Als het systeem echter vereist dat moleculen tegen de diffusiestroom in worden verplaatst, moet actief transport worden gebruikt en is energie vereist. Dit is nodig voor verteerd voedsel en voor vele andere toepassingen. Bedenk wat het gevolg zou zijn als slechts de helft van het voedsel dat je eet in de bloedbaan zou kunnen diffunderen als actief transport niet mogelijk zou zijn.
Het is mogelijk het proces van osmose te stoppen door aanzienlijke druk uit te oefenen op één kant van het systeem om deze beweging door het selectief permeabele membraan te stoppen. Dit staat bekend als de osmotische druk en wordt berekend met de formule π = mKosm, waarbij π de osmotische druk is, m de molaliteit en Kosm een constante. De constante Kosm is temperatuurafhankelijk en daarom moeten variabelen uit de ideale gaswet worden gesubstitueerd om de vergelijking π = MRT af te leiden, waarbij M de molariteit is, R de ideale gasconstante en T de temperatuur in Kelvin.
Het proces van omgekeerde osmose is het proces waarbij zout water wordt gezuiverd door de osmotische druk van het water te overwinnen en de moleculen in een buis te duwen die alleen gezuiverd water zal bevatten. Dit is mogelijk omdat het membraan zo is gekozen dat alleen de kleine watermoleculen door het membraan kunnen worden geperst en de grotere, opgeloste ionen niet. Dit proces kan ook worden bereikt door het water te destilleren door het tot het kookpunt te verhitten en de waterdamp in een afzonderlijk vat te condenseren. Omdat de ionen niet met het water verdampen, blijven ze in de oorspronkelijke bak om later te worden verwijderd.
Hoeveel druk zou nodig zijn om een 2L zoutwater te zuiveren waarin 292,5g natriumchloride is opgelost als de temperatuur van de bak 25˚C is?