Definition af osmose
Osmose er den spontane passage af et opløsningsmiddel (som i vandsystemer sædvanligvis er vand), fra opløsningen, hvori opløste stoffer er mere fortyndet til det, hvori de er mere koncentreret; denne bevægelse - som sker gennem en semipermeabel membran - fortsætter indtil en ligevægtssituation er nået, hvor begge løsninger vinder og opretholder den samme koncentration.
Praktisk eksempel
For bedre at præcisere begrebet osmose, lad os forestille os at have et skib opdelt i to rum med samme volumen (A og B) fra en semipermeabel membran (det er kun permeabelt til opløsningsmidlet - i dette tilfælde vandet - og ikke til opløste). I rum A er der en vandig opløsning, hvori en spiseskefuld glucose blev opløst, mens i del B vi har en vandig opløsning af lige store mængder, hvori tre spiseskefulde glucose blev opløst (det er derfor mere koncentreret). Denne forskel skaber en koncentrationsgradient for glukose på membranets sider, og da dette sukker ikke kan passere gennem det, opnås ligevægten ved passage af vand fra rum A (hvor glucose er mest fortyndet) til rummet B (hvor det er mest rigeligt). Hvis man foretrækker det, kan man også sige, at vand passerer gennem osmose fra den opløsning, hvori den er mere koncentreret (A) til den, hvori den er mindre koncentreret (B).
Efter denne strømning stiger vandniveauet i B og falder i A, hvilket skaber en vis forskel i niveauet mellem de to. Dette fænomen slutter, når de to løsninger når samme koncentration, og holder den konstant.
Hypotoniske, isotoniske og hypertoniske opløsninger
Ved to løsninger med forskellige molære koncentrationer (forskelligt antal partikler opløst i dem) defineres opløsningen med den laveste koncentration af molær og hypertonisk koncentration som hypotonisk. To løsninger er i stedet isotoniske (eller ækvimolære), når de har den samme koncentration.
I det viste eksempel er opløsning B hypertonisk (derfor indeholder den mere opløste stoffer) end den anden (defineret hypotonisk); derfor under normale forhold bevæger opløsningsmidlet ved osmose fra hypotonien til den hypertoniske opløsning. Vi talte om standardbetingelser, fordi det ved at lege med fysikens love er muligt at forstyrre selve begrebet osmose og favorisere passagen af opløsningsmidlet fra den mest fortyndede koncentration til den mest koncentrerede (omvendt osmose).
Osmotisk tryk og omvendt osmose
Som det fremgår hidtil, fortsætter nettovæsken af opløsningsmidlet - frembragt ved osmose - indtil de to opløsninger har nået den samme koncentration. Nå, denne bevægelse kan modvirkes, stoppes eller endog reverseres ved at påføre tryk på rummet med den højeste koncentration.
I det foregående eksempel er det tilstrækkeligt at placere et stempel i rum B (som vi husker at have en højere koncentration) og skubbe den nedad med en vis kraft for at favorere vandets passage mod A; i dette tilfælde taler vi om omvendt osmose.
Det osmotiske tryk er det tryk, som er nøjagtigt imod passagen af opløsningsmidlet gennem den semipermeable membran; Derfor er det det nødvendige tryk til at modvirke osmose.
Ifølge det, der hidtil er blevet sagt, har to isotoniske løsninger det samme osmotiske tryk; at understrege, at det osmotiske tryk udelukkende afhænger af antallet af partikler, der er til stede i opløsningen og ikke på deres natur.
Osmose og menneskekroppe
Plasmamembranerne, som omgiver cellerne i den menneskelige krop, er faktisk semi-permeable membraner, som tillader direkte passage gennem småsmolekyler (såsom vand og urinstof) direkte, men ikke af dem med større molekylvægt (f.eks. proteiner, aminosyrer og sukkerarter). De osmotiske saldi i kropsvæsker er derfor afgørende for at sikre cellerne et optimalt miljø at leve i.
Hvis vi tager en celle som en rød blodcelle og nedsænker den i en hypotonisk opløsning, bliver denne - ved osmose - en hævelse (givet ved indtrængen af vand), som endda kan få det til at eksplodere. Tværtimod lider cellen, hvis den er nedsænket i en hypertonisk opløsning, som følge af vandets passage mod ydersiden en alvorlig dehydrering, som gør den rynket. Heldigvis er cellerne i den menneskelige organisme nedsænket i isotoniske løsninger med hensyn til deres indre miljø, og der eksisterer forskellige systemer for at opretholde disse væsker i osmotisk ligevægt.
Osmotisk tryk og madbevarelse
Lad os tænke et øjeblik om en hjemmelavet syltetøj ... sukker tilsættes i overflod for ikke kun at forbedre sin smag, men også og frem for alt at øge holdbarheden. Alligevel er sukker et vigtigt element i livet for mange mikroorganismer, der er involveret i produktnedbrydning. Denne tilsyneladende modsigelse fjernes fra selve begrebet osmose.
