Osmotischer Druck einfach erklärt!
Den osmotischen Druck zu erklären, ist gar nicht so einfach, wie die Überschrift dieses Artikels suggeriert. Aber wir versprechen Dir, dass wir uns in diesem Beitrag langsam und Schritt für Schritt an das Thema herantasten.
Ausgangslage zum osmotischen Druck
Um den osmotischen Druck zu beschreiben, benötigt man zwei Lösungen. Schauen wir uns also auf der einen Seite reines Wasser an und auf der anderen Seite eine wässrige Lösung, die beispielweise Natriumchlorid, also Kochsalz, enthält.
Diese beiden Lösungen werden in zwei Kammern eines Behälters gefüllt, die durch eine Membran getrennt sind. Eine wichtige Eigenschaft dieser Membran ist, dass sie für Wassermoleküle durchlässig ist, aber für die gelösten Teilchen nicht. Das ist noch einfach zu verstehen, weil Wassermoleküle im Vergleich zu vielen anderen Molekülen und Atomen relativ klein sind.
Angenommen, die beiden Kammern haben dieselben Abmessungen und die beiden Lösungen wiesen vor dem Einfüllen das gleiche Volumen auf, dann würde man erwarten, dass in beiden Kammern die gleiche Füllhöhe besteht. Ganz zu Anfang ist das auch so, aber dann setzt etwas ein, was Osmose genannt wird.
Das Streben nach dem Gleichgewicht
In der Thermodynamik werden Gleichgewichtszustände beschrieben. Im vorliegenden Fall bedeutet das, dass die beiden Lösungen danach streben, gleich konzentriert zu sein. Da nur Wassermoleküle die Membran passieren können, laufen wir dem Begriff des osmotischen Drucks das erste Mal über den Weg.
Unter dem osmotischen Druck wird der Druck verstanden, der durch den Konzentrationsunterschied der gelösten Moleküle in den beiden Lösungen verursacht wird und einen Fluss des Lösungsmittels durch die Membran antreibt.
Es wandern also Wassermoleküle von der niedrigkonzentrierten Lösung zur höherkonzentrierten Lösung. Dadurch sollen sich die Konzentrationen angleichen. Da auf der niedrigkonzentrierten Seite aber reines Wasser ist, kann es nie zu einem Gleichgewicht kommen. Theoretisch müsste das gesamte Wasser in die andere Kammer übertreten.
Hydrostatischer Druck und osmotischer Druck
Die Wanderung der Wassermoleküle durch die Membran führt dazu, dass der Füllstand auf der höherkonzentrierten Seite steigt. Die Füllstandsdifferenz entspricht aber einem Gewicht der Lösung, welches einen hydrostatischen Druck ausübt, das dem osmotischen Druck entgegenwirkt. Es kommt also doch zu einem Gleichgewicht, bei dem der Füllstand der höherkonzentrierten Lösung den des reinen Wassers um einen bestimmten Wert überschreitet.
Umkehrosmose
Der osmotische Druck in Formeln
Doch gar nicht so schwer, die Sache mit dem osmotischen Druck
- Die obige Beschreibung nutzte eine Lösung, die nur aus Lösemittel bestand. Wenn auf beiden Seiten der Membran zwei unterschiedliche konzentrierte Lösungen vorliegen, dann besitzen beide eigentlich einen osmotischen Druck. Der wirksame osmotische Druck errechnet sich dann aus der Konzentrationsdifferenz der beiden Lösungen.
- Es ist recht interessant, dass sich der osmotische Druck analog zum Druck von Gasen berechnet. So, als wenn es gar keine Wassermoleküle gäbe.
