Osmose

Wanneer suiker en water gemeng en die oplossing met 'n laag suiwer water in aanraking gebring word, sal die suikermolekules vanaf die oplossing na die suiwer water diffundeer totdat daar ewe veel suikermolekules in albei oplossings is.

Die molekules word aangedryf deur veral Brown se beweging, wat die beweging heeltemal ewekansig en ook van temperatuursveranderinge afhanklik maak. Indien die temperatuur styg, sal die molekules vinniger beweeg, en ʼn temperatuursdaling sal hulle beweging vertraag. 'n Temperatuursverhoging sal dus waarskynlik die suikermolekules na die suiwer waterlaag laat beweeg, terwyl daar net 'n klein moontlikheid bestaan dat dit na die suikeroplossing sal terugbeweeg.

Dit laat die indruk ontstaan dat die suikermolekules in 'n stroom vanaf die gebied van hoë konsentrasie na die gebied van lae konsentrasie beweeg. Indien daar egter tussen die twee oplossings 'n skeidingswand geplaas word waardeur die suikermolekules nie kan dring nie, kan diffusie nie meer plaasvind nie. As die skeidingswand wel vir watermolekules deurdringbaar is, kan osmose plaasvind. Osmose is dan die watermolekules se beweging van die suiwer water (hoë konsentrasie water) deur die skeidingsmembraan na die suikeroplossing (lae konsentrasie water).

Omdat die suikeroplossing water bykry, sal dit 'n volumevermeerdering in die houer veroorsaak, wat 'n druktoename tot gevolg het. Die gebeure kan vergelyk word met ʼn toestand wat in 'n ballon ontstaan as die ballon uit gedeeltelik deurlaatbare materiaal vervaardig is en met 'n suikeroplossing gevul is. Die ballon word nou onder druk geplaas en hoe harder die ballon gedruk word, hoe meer watermolekules sal deur die wand dring. As die druk verminder word, sal die watermolekules as gevolg van osmose weer uit die omringende medium na die ballon terugkeer.

Osmotiese vervoer is in die praktyk afhanklik van die teenstellende werking van 2 kragte, naamlik die osmotiese suigkrag, en die hidrostatiese krag van ʼn oplossing. Indien 'n suikeroplossing wat deur 'n semi-deurlaatbare membraan ingehou word, in ʼn beker suiwer water geplaas word, sal die oplossing se osmotiese suigkrag water van die hoë konsentrasie (suiwer water) na die lae konsentrasie (suikeroplossing) laat beweeg. Hoe meer water in die oplossing is, hoe groter sal die volume word, wat 'n druktoename tot gevolg sal hê.

Die druk is hidrostaties en begin sodra die oplossing se volume toeneem en die osmotiese suigkrag teengewerk word, sodat die waterinvloei verminder. ʼn Ewewigsituasie ontstaan wanneer die osmotiese suigkrag en die hidrostatiese druk presies gelyk is, sodat die water weggedruk word met dieselfde krag as waarmee dit opgesuig word. Water kan dus nie meer vloei nie. Die druk wat ontstaan wanneer die twee teenoorgestelde kragte verhinder dat enige water deur die semi-deurlaatbare membraan vloei, word osmotiese druk genoem. Osmotiese druk word deur faktore soos die temperatuur van die oplossing en die konsentrasie opgeloste stowwe bepaal.

Dit kan in 'n formule soos volg uitgedruk word:  ${\displaystyle \pi }$ = cRT, waar ${\displaystyle \pi }$ osmotiese druk, R die gaskonstante (met die waarde 0,082 liter atm mol ⁻¹ K ⁻¹), C die konsentrasie opgeloste deeltjies (uitgedruk as mol per liter) en T die temperatuur is. Uit die formule kan afgelei word dat osmotiese druk eweredig is aan die aantal opgeloste deeltjies indien die temperatuur konstant is. 'n Gevolg hiervan is dat indien meer deeltjies aanwesig is, die osmotiese druk hoër sal wees. In water word 'n tafelsout mol geïoniseer tot die ione Na⁺ en CI^- en lewer dit altesaam 2 mol deeltjies (1 mol is ongeveer 6 X 10²³ deeltjies).

Suikermolekules sal nie ioniseer nie en sal in oplossing net 1 mol deeltjies lewer. Die osmotiese druk van 1 mol tafelsout is dus 2 keer soveel as die van 1 mol suiker. Die osmotiese druk van ʼn oplossing gee 'n aanduiding van die opgeloste stowwe se mate van ionisasie. Die formule is egter net op verdunde oplossings van toepassing omdat daar by gekonsentreerde oplossings ander faktore inwerk wat ingewikkelder formulering vere is.

Die teenoorgestelde effek word opgemerk wanneer molekules assosieer. (Assosiasie is die kombinasie van klein molekules tot 'n enkele grote.) 'n Gevolg van assosiasie is dat dit tot 'n verlaging van osmotiese druk lei. Lewende organismes maak van die verskynsels gebruik om polisakkariedverbindings, soos stysel of glikogeen, te berg, in plaas van glukose wat osmoties aktief is en daarom 'n sel onder hoë druk gaan plaas. Die stysel- en glikogeenmolekules is baie groter en kan in selle opgeberg word sonder om selle nadelig te beïnvloed. Indien die stysel binne 'n sel weer tot die samestellende glukose afgebreek word, sal die sel soveel water deur osmose bykry dat dit uitmekaarspat.