Lösungen – Osmose

Hallo und ganz herzlich willkommen!

In diesem Video geht es um „Lösungen – Osmose“. Um dieses Video verstehen zu können, solltet ihr einige wichtige physikalische Begriffe kennen: Lösungen Konzentration Druck

Lösungen Lösungen sind homogene Gemische aus mindestens zwei Stoffen. Diese Definition zeigt, dass für eine Lösung dieAggregatzustände flüssig UND fest möglich sind. Bei Gasgemischen spricht man gewöhnlich NICHT von „Lösungen“. Wahrscheinlich deshalb, weil sie wissenschaftlich „uninteressant“ sind. Denn: Gasgemische sind IMMER homogene Systeme.

Wir wollen uns nur mit flüssigen Lösungen beschäftigen.

Diffusion Teilchen in Lösung weisen eine rege Eigenbewegung auf. Man nennt diesen Prozess „Brownsche Molekularbewegung“. Jedes einzelne Teilchen bewegt sich völlig chaotisch. Die Teilchenbewegung in ihrer Gesamtheit ist stets gerichtet. Sie verläuft von höherer zu niederer Konzentration. Man kann es auch anders formulieren: Die Teilchenbewegung verläuft stets in Richtung der geringsten Konzentration. Es kommt zu einem Stoffausgleich. Die Entropie des Systems strebt zu einem Maximum. Die Teilchenbewegung von höherer zu niedrigerer Konzentration in einer Lösung nennt man Diffusion.

Osmose Osmose ist Diffusion durch eine Membran. Diese Membran ist selektiv. Man nennt sie semipermeabel. Das heißt, die Membran ist halbdurchlässig. Die Membran ist durchlässig nur für eine Sorte von Teilchen. Häufig diffundieren die Teilchen des Lösungsmittels durch die Membran. Die Teilchen des gelösten Stoffes hingegen nicht.

Osmotischer Druck In einem Gefäß befindet sich eine semipermeable Membran. Sie trennt zwei Flüssigkeiten voneinander ab. Auf der einen Seite befindet sich eine wässrige Zuckerlösung. Auf der anderen Seite ist reines Wasser. Die Membran lässt nur Wasser – Moleküle passieren. Zucker – Moleküle werden zurückgehalten. Die Konzentrationen des Zuckers in beiden Flüssigkeiten ist verschieden. Durch das Konzentrationsgefälle streben die Wassermoleküle in Richtung der geringeren Konzentration; vom reinen Wasser in die Zuckerlösung. Triebkraft des Vorgangs ist ein Druck zwischen den beiden Flüssigkeiten. Man spricht vom„Osmotischen Druck“.

Berechnung des osmotischen Drucks Die Gasgleichung für ideale Gase lautet: p V = n R T

Nach Division durch den Druck p ergibt sich: p = n R T/V

Einheiten:

p Druck (Pa) n Stoffmenge (mol) R Gaskonstante (J/mol K) T Temperatur (K) V Volumen (m³)

1. Verwendet wurden entweder: (a) SI – Einheiten: Meter (m), Mol (mol), Kelvin (K) (b) SI – kompatible Einheiten: Joule (J = kg m²/s²), Die Einheiten sind untereinander konsistent. Das bedeutet, dass durch Einsetzen der Einheiten auf der rechten Seite der Gleichung (2) die Einheit des Drucks entsteht.

Es gilt:

1 Pa = 1 N/m2

Ein Pascal Druck ist sehr wenig. Der Atmosphärendruck beträgt ungefähr:

1 bar = 100 000 Pa = 1 hPa

Gleichung (2) kann man leicht modifizieren:

p = (n/V) R T

Nun gilt aber:

n/V = c

c ist hier die Stoffmengenkonzentration. Daraus ergibt sich:

p = c R T Bei der Osmose schreibt man statt p die griechische Entsprechung П. П ist der osmotische Druck.

П = c R T

Die Gleichung nennt man van´t – Hoffsches Gesetz Die Beziehung nennt man van 't Hoffsches Gesetz. Der Osmotische Druck ist kolligativ Unter idealen Bedingungen ist der osmotische Druck nur von der Zahl gelöster Teilchen abhängig. Damit ist der osmotische Druck eine kolligative Eigenschaft.

Der van ´t – Hoff - Faktor Falls ein gelöster Stoff dissoziiert, muss das bei der Berechnung von П Berücksichtigung finden.

П = i c R T

i nennt man van ´t – Hoff – Faktor. Beispiel: Wir haben eine Kochsalzlösung der Konzentration c = 1 mol/l. Das Salz dissoziiert:

NaCl Na+ + Cl-

Aus einem Teilchen (NaCl) entstehen zwei Teilchen (Na+und Cl-). i ist demnach gleich 2. Wie groß ist der osmotische Druck? Nehmen wir die Kochsalzlösung mit c = 1 mol/l. Für die Rechnung schreiben wir:

c = 1000 mol/m³ R = 8,314 J/mol K T = 298 K i = 2

Unter Benutzung von schreiben wir: П = 2 1000 8,314 298 П = 4955144 Pa

Das sind annähernd 5 bar, fast der fünffache Atmosphärendruck. Messung des osmotischen Drucks Im Experiment misst man die Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des Diaphragmas. Der Messwert ist dann der osmotische Druck.

Wo gibt es Osmose? Die Bedeutung der Osmose ist vielschichtig.

Biomembranen Durchlässigkeit für eine Sorte von Teilchen gibt es nur in eine Richtung. Dadurch erfolgt Stofftransport.

Kirschen im Regen Nach dem Regen platzen Kirschen. Erklärung: Die Zellwände der Kirschen sind durchlässig für Wasser-Moleküle. Von außen nach innen. Die Kirsche enthält Zucker. Es entsteht ein Konzentrationsgefälle. Wasser dringt in die Zelle ein und bringt sie zum Platzen.

Baden Nach ausgiebigem Baden gibt es schrumplige Haut. Erklärung: Das Badewasser fließt in die salzhaltigen Zellen. Die Zellen quellen auf.

Alkoholfreies Bier Durch eine Membran wird der größte Teil des Alkohols entfernt. Details werden verständlicher weise nicht publiziert.

Osmosekraftwerk Funktionsprinzip: Osmose schafft einen Druck. Druck bedeutet Kraftwirkung. Kraft mal Weg heißt mechanische Arbeit. Man gewinnt mechanische Energie. Dann geht es weiter wie in jedem Kraftwerk. (Osmose Druck Kraft Mechanische Arbeit mechanische Arbeit wie in jedem Kraftwerk)

Tonizität Tonizität benennt das Gefälle osmotischen Drucks zwischen den beiden Seiten einer semipermeablen Membran. Schauen wir uns rote Blutzellen an: 1) Hypertonisch Der Zelldruck des Wassers ist größer als der Außendruck. Das Wasser verlässt die Zelle. 2) Isotonisch Der Zelldruck und der Außendruck sind gleich. Es gibt keine Bewegung von Wasserteilchen. 3) Hypotonisch Der Zelldruck ist geringer als der Außendruck. Die Wasser-Moleküle dringen in die Zelle ein.

Das war es schon wieder für heute. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüs Euer André