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Lösungen – Osmose 12:39 min

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Transkript 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

3 Kommentare
  1. Vielen Dank

    Von G Maja, vor etwa 4 Jahren
  2. Die Membran kann aus jedem wasserunlöslichen Material gebildet werden. Einfach gesprochen, werden manche Teilchen durchgelassen, andere (meist größere) nicht.

    Der osmotische Druck ist Ergebnis eines Konzentrationsgefälles. Die treibende Kraft ist das Streben jedes geschlossenen oder quasigeschlossenen Systems nach einem Entropiemaximum. Bei der Diffusion und der Osmose heißt das, dass das System nach Stoffausgleich und damit Konzentrationsausgleich strebt. Das ist ein Naturgesetz, das experimentell gefunden wurde und theoretisch nicht begründet werden kann.

    A. O.

    Von André Otto, vor etwa 4 Jahren
  3. Wie wird Membran zwischen Süß- und Salzwasser gebildet? Woher kommt osmotischer Druck?

    Von G Maja, vor etwa 4 Jahren

Lösungen – Osmose Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Lösungen – Osmose kannst du es wiederholen und üben.

  • Definiere den Begriff Osmose.

    Tipps

    Durch die Diffusion verteilen sich Teilchen gleichmäßig im Raum. Dadurch wird die Konzentration an allen Punkten gleich und so gering wie möglich.

    Wenn nur das Lösemittel eine Membran passieren kann, bewirkt der osmotische Druck eine Verdünnung der höher konzentrierten Lösung.

    Lösung

    Osmose ist die Diffusion durch eine Membran. Diese lässt nur bestimmte Teilchen durch. Dadurch kommt es zur Ausbildung des osmotischen Drucks. Dieser ist die Grundlage der Wasser- und Nährstoffaufnahme aller tierischen und pflanzlichen Zellen.

  • Nenne Bereiche, in denen die Osmose zur Anwendung kommt.

    Tipps

    Das Rosten von Eisen ist eine Redoxreaktion. Der osmotische Druck spielt hier keine Rolle.

    Lösung

    Bei der Osmose bewegen sich Teilchen entlang eines Konzentrationsgefälles durch eine semipermeable Wand.

    So können Bestandteile des Blutes entnommen und auch hinzugefügt werden. Darauf beruht die Dialyse (Reinigung des Bluts) und auch die Nährstoffaufnahme der Zellen.

    Ein Osmosekraftwerk macht sich den entstehenden Druck zunutze, der an einer Membran zwischen Lösungen mit unterschiedlicher Konzentration entsteht. Dieser Druck wird dann benutzt, um z.B. elektrischen Strom zu erzeugen.

  • Rechne die gegebenen Einheiten um.

    Tipps

    Ein Liter $(l)$ entspricht einem Kubikdezimeter $(dm^3)$.

    Lösung

    Beim Rechnen mit verschiedenen Größen ist es besonders wichtig, die Einheiten zu betrachten. Damit du die Größen miteinander verrechnen kannst, müssen die Einheiten zueinander passen. Wenn du also das Volumen mit der Dichte multiplizierst und die Dichte in der Einheit $\frac{g}{cm^3}$ gegeben ist, muss auch das Volumen in $cm^3$ umgerechnet werden. Wenn du das Volumen nämlich in $m^3$ oder $l$ einsetzt, erhälst du ein falsches Ergebnis.

    Die Temperatur rechnest du von Kelvin in Grad Celsius um, indem du 273,15 abziehst. Für das Volumen solltest du dir merken, dass 1000 Liter ein Kubikmeter $(m^3)$ sind. Ein Druck von einem bar entspricht 100000 Pascal oder 1000 Hektopascal.

  • Erkläre, warum es gefährlich ist, größere Mengen Salzwasser zu trinken.

    Tipps

    Durch ein Konzentrationsgefälle an einer Membran entsteht ein osmotischer Druck.

    Dieser Druck hat die Angleichung der Konzentration zum Ziel.

    Lösung

    Häufig werden Sportgetränke mit dem Prädikat isotonisch beworben. Das bedeutet nur so viel, als dass eine Komponente in diesem Getränk die gleiche Konzentration hat wie sie im Körper vorkommt. Dadurch wird Wasser in einer ausreichenden Menge aufgenommen.

    Bei einer hypotonen Mischung ist der Gehalt einer Substanz, wie z.B. Kochsalz, geringer als im Körper. Dadurch wird übermäßig viel Wasser in die Zellen transportiert. Sie können dadurch im schlimmsten Fall platzen. Aus diesem Grund darf man auch nicht zu viel destilliertes Wasser trinken.

    Meerwasser ist in Bezug auf Kochsalz eine hypertone Lösung. Das führt bei übermäßigem Verzehr zum Austrocknen der Zellen. Der osmotische Druck liefert, wie du nun weißt, die Erklärung für all diese Phänomene.

  • Berechne den osmotischen Druck einer Kochsalzlösung.

    Tipps

    Setze die gegebenen Werte in die Formel ein.

    Gib die Werte in deinen Taschenrechner ein und setze den erhaltenen Werte als Lösung ein.

    Lösung

    Der osmotische Druck entsteht an einer Membran durch ein Konzentrationsgefälle zwischen den Lösungen auf beiden Seiten. Dieser Druck führt zu einem Ausgleich der Konzentrationen. Durch die Berechnung dieses Drucks ist es dir möglich, zu bestimmen, wie der osmotische Druck beeinflusst werden kann. Dies erlaubt eine genaue Einstellung des Drucks zu bestimmten Zwecken, wie z.B. der Dialyse (Blutreinigung).

  • Berechne den osmotischen Druck einer 2-molaren Natriumsulfatlösung bei einer Temperatur von 25°C.

    Tipps

    Der Van-'t-Hoff-Faktor gibt an, wie viele Teilchen bei einer Dissoziation aus dem Ausgangsstoff entstehen.

    Lösung

    Mit der Formel $\Pi=~i~c~R~T$ berechnest du den osmotischen Druck der 2-molaren Natriumsulfatlösung. $Na_2SO_4$ dissoziert in 2 Natrium-Ionen und ein Sulfat-Ion. Daher ist $i=~3$.

    Die Konzentration von $c=~2~\frac{mol}{l}$ musst du noch auf Kubikmeter umrechnen. Da $1~m^3=~1000~l$ beträgt die Konzentration $2000~\frac{mol}{m^3}$.

    Für die Umrechnung von $^\circ C$ in $K$ musst du $273,25$ addieren. Die Temperatur ist also $298,15~K$.

    Der osmotische Druck ist mit diesen eingesetzten Werten $148729146~Pa$. Da diese Zahl sehr groß ist, kann man die Einheit umrechnen und sie in $kPa$ angeben. Kilo bedeutet 1000.

    Das erhaltene Ergebnis in Pascal wird also durch 1000 dividiert und man erhält das Endergebnis von gerundet $\Pi=~14872,9~ kPa$