Osmose

Osmose ist ein Vorgang, bei dem Wassermoleküle durch eine selektiv durchlässige Membran (semi-permeable Membran) von einem Bereich mit geringer Konzentration gelöster Stoffe zu einem Bereich mit höherer Konzentration gelöster Stoffe migrieren. Dieser Prozess findet auf natürliche Weise statt, um die Konzentrationen gelöster Stoffe auf beiden Seiten der Membran auszugleichen.

Osmose ist ein lebenswichtiger Mechanismus in biologischen Systemen. Sie trägt zu Prozessen wie Nährstoffaufnahme, Abfallbeseitigung und Aufrechterhaltung des Zellturgors in Pflanzen bei.

Die Selektive Permeabilität ist dabei entscheidend: Nur Wassermoleküle (oder manchmal sehr kleine Moleküle) können die Membran passieren.

Der Konzentrationsgradient treibt die Osmose an.

Erste Experimente

1748 führte Abbé Nollet ein Experiment durch. Er füllte Rotwein in eine Blase, steckte die Blase in einen mit Wasser gefüllten Zylinder und wartete darauf, dass die Farbstoffe durchkamen. Stattdessen schwoll die Blase an und platzte in einigen Fällen sogar, und es war kein roter Farbstoff im äusseren Wasser zu sehen. Heute erklären wir dies mit dem Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik – Systeme streben nach maximaler Unordnung.

Osmotischer Druck

Betrachten wir die Wasserkonzentration auf jeder Seite einer Membran. Das Wasser besteht zu 100 % aus Wasser oder hochkonzentriertem Wasser. Wein besteht zu 12,5 % aus Ethanol, plus den anderen Weinbestandteilen, oder zu 87,5 % aus Wasser. Dies ist dann im Vergleich dazu Wasser mit niedriger Konzentration, und Wasser mit hoher Konzentration wird durch die Membran gelangen, bis die Konzentration auf beiden Seiten gleich ist oder bis es durch osmotischen Druck gestoppt wird. Osmotischer Druck: Der Druck, der erforderlich ist, um den osmotischen Fluss des Wassers zu stoppen; er steigt mit der Konzentration der gelösten Stoffe.

Unterschied zur Dialyse

Das Wasser mit hoher Konzentration ist frei von Verunreinigungen und daher geordneter. Die Wassermoleküle im Wein sind mit Ethanolmolekülen und allen anderen Weinbestandteilen vermischt und daher ungeordnet. Um das Gesamtsystem so ungeordnet wie möglich zu machen, muss Wasser in die Winde gelangen. Dieser Prozess wird nun, wenn er das Lösungsmittel einbezieht, Osmose (gr. Osmose - „Schieben“) genannt. Wenn gelöste Moleküle beteiligt sind, spricht man von Dialyse.

Beispiele

Fleisch schrumpft beim Kochen, wenn Salz hinzugefügt wird. Die Salzkonzentration ausserhalb des Fleisches ist höher. Wasser aus dem Inneren des Fleisches wird herausgezogen, wodurch das Fleisch zäher wird. Deshalb sollte Salz erst am Ende des Kochvorgangs hinzugefügt werden. Fleisch, insbesondere Schinken, wird zur Lagerung gesalzen. Wenn Bakterien auf die Oberfläche gelangen, werden sie dehydriert und sterben ab. Ihre Zellen enthalten mehr Wasser als der dünne Film aus gesalzener Flüssigkeit auf der Oberfläche des Schinkens, so dass Wasser aus den Bakterien austritt. Aus ähnlichen Gründen wird Butter mit Salz versetzt und Käse ins Salzbad getaucht.

Pflanzen wachsen nicht in salzigen Böden. Das Wasser in den Wurzeln gelangt in das Wasser im Boden und die Pflanze stirbt ab. Süsswasserfische nutzen ihre Nieren, um überschüssiges Wasser abzupumpen, während Salzwasserfische Wasser schlucken und überschüssige Salze ausscheiden. Durch Osmose gelangt Wasser in die Baumkronen.