Back to chapter

12.11:

Osmose en Osmotische Druk van Oplossingen

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Osmosis and Osmotic Pressure of Solutions

Languages

Share

Een semipermeabel membraan laat sommige stoffen wel door, maar andere niet. Deze beweging van oplosmiddelmoleculen door een semipermeabel membraan naar een oplossing met een hogere concentratie opgeloste stof, wordt osmose genoemd. Beschouw links een U-vormige buis met zuiver water en rechts een suikeroplossing gescheiden door een semipermeabel membraan.Watermoleculen zullen sneller dan andersom naar de suikeroplossing stromen om te proberen een concentratie-evenwicht tot stand te brengen. Als het water naar rechts stroomt, wordt het vloeistofniveau in de twee armen ongelijk. Uiteindelijk zorgt het toegevoegde gewicht van het overtollige water aan de rechterkant voor voldoende druk om osmose te stoppen.De minimale druk die nodig is om osmose te stoppen, wordt de osmotische druk genoemd. Het is een colligatieve eigenschap die afhankelijk is van de opgeloste stofconcentratie in de oplossing. Naarmate de concentratie van de opgeloste stof toeneemt, neemt de osmotische druk proportioneel toe.De osmotische druk, Π, kan worden berekend door de molariteit van de opgeloste stof te vermenigvuldigen met de temperatuur in kelvin en de ideale gasconstante R, 0, 0821 liter-atmosfeer per mol kelvin. Als de concentratie van de suikeroplossing 1, 00 molair is, dan zal bij 25 graden Celsius of 298 kelvin de osmotische druk 24, 5 atmosfeer zijn. Als de osmotische druk van de twee oplossingen gelijk is, worden ze isotoon genoemd.Als een oplossing een lagere osmotische druk heeft, is deze hypotoon in vergelijking met de oplossing met een hogere concentratie opgeloste stof. De geconcentreerde oplossing wordt hypertoon genoemd in vergelijking met de verdunde oplossing. Wanneer rode bloedcellen in een hypertone oplossing worden geplaatst, verlaat het water de poriën van het semi-permeabele celmembraan.Dit proces wordt crenatie genoemd en het zorgt ervoor dat de cellen verschrompelen. Omgekeerd, als de rode bloedcellen in een hypotone oplossing worden geplaatst, beweegt water van buitenaf in de cellen waardoor de cellen opzwellen en uiteindelijk scheuren in een proces dat hemolyse wordt genoemd. Wanneer een persoon intraveneuze vloeistoffen krijgt toegediend, moeten de vloeistoffen isotoon zijn met de intracellulaire oplossing van bloedcellen om crenatie of hemolyse te voorkomen.

12.11:

Osmose en Osmotische Druk van Oplossingen

A number of natural and synthetic materials exhibit selective permeation, meaning that only molecules or ions of a certain size, shape, polarity, charge, and so forth, are capable of passing through (permeating) the material. Biological cell membranes provide elegant examples of selective permeation in nature, while dialysis tubing used to remove metabolic wastes from blood is a more simplistic technological example. Regardless of how they may be fabricated, these materials are generally referred to as semipermeable membranes.

Consider a U-shaped apparatus, in which samples of pure solvent and a solution are separated by a membrane that only solvent molecules may permeate. Solvent molecules will diffuse across the membrane in both directions. Since the concentration of solvent is greater in the pure solvent than the solution, these molecules will diffuse from the solvent side of the membrane to the solution side at a faster rate than they will in the reverse direction. The result is a net transfer of solvent molecules from the pure solvent to the solution. Diffusion-driven transfer of solvent molecules through a semipermeable membrane is a process known as osmosis.

When osmosis is carried out in an apparatus described above, the volume of the solution increases as it becomes diluted by the accumulation of solvent. This causes the level of the solution to rise, increasing its hydrostatic pressure (due to the weight of the column of the solution in the tube) and resulting in a faster transfer of solvent molecules back to the pure solvent side. When the pressure reaches a value that yields a reverse solvent transfer rate equal to the osmosis rate, bulk transfer of solvent ceases. This pressure is called the osmotic pressure (Π) of the solution. The osmotic pressure of a dilute solution is related to its solute molarity, M, and absolute temperature, T, according to the equation

 Eq1

where R is the universal gas constant.

If a solution is placed in such an apparatus, applying pressure greater than the osmotic pressure of the solution reverses the osmosis and pushes solvent molecules from the solution into the pure solvent. This technique of reverse osmosis is used for large-scale desalination of seawater and on smaller scales to produce high-purity tap water for drinking.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 11.4: Colligative Properties.

Suggested Reading

  1. Goodhead, Lauren K., and Frances M. MacMillan. "Measuring osmosis and hemolysis of red blood cells." Advances in physiology education 41, no. 2 (2017): 298-305.
  2. Garbarini, G. R., R. F. Eaton, T. K. Kwei, and A. V. Tobolsb. "Diffusion and reverse osmosis through polymer membranes." Journal of Chemical Education 48, no. 4 (1971): 226.
  3. Hitchcock, David I. "Osmotic pressure and molecular weight." Journal of Chemical Education 28, no. 9 (1951): 478.