Opredelitev osmoze
Osmoza je spontani prehod topila (ki je v vodnih sistemih običajno voda), iz raztopine, v kateri so raztopine bolj razredčene do tiste, v kateri so bolj koncentrirane; to gibanje - ki se pojavi skozi polprepustno membrano - se nadaljuje, dokler ne doseže ravnotežnega položaja, v katerem obe raztopini dobita in ohranita isto koncentracijo.
Praktični primer
Da bi bolje pojasnili koncept osmoze, si predstavljamo, da ima plovilo, ki je razdeljeno na dva predela enakega volumna (A in B) iz polprepustne membrane (to je prepustno samo za topilo - v tem primeru za vodo - in ne za topilo). V predelu A je vodna raztopina, v kateri je bila raztopljena žlica glukoze, v delu B pa vodna raztopina enakega volumna, v kateri so bile raztopljene tri žlice glukoze (zato je bolj koncentrirana). Ta razlika ustvarja koncentracijski gradient za glukozo na straneh membrane in ker ta sladkor ne more skozi njega, je ravnovesje doseženo s prehodom vode iz predelka A (kjer je glukoza najbolj razredčena) v predel. B (kjer je najbolj bogat). Če vam je ljubše, lahko rečemo, da voda prehaja skozi osmozo iz raztopine, v kateri je bolj koncentrirana (A), do tiste, v kateri je manj koncentrirana (B).
Po tem toku se nivo vode v B poveča in zmanjša v A, kar ustvarja določeno razliko v ravni med obema. Ta pojav se konča, ko obe raztopini dosežeta enako koncentracijo, nato pa ostane konstantna.
Hipotonične, izotonične in hipertonične raztopine
Pri dveh raztopinah z različnimi molarnimi koncentracijami (različno število raztopljenih delcev) raztopino z najnižjo koncentracijo molarnih in hipertonskih koncentracij definiramo kot hipotonično. Dve raztopini sta namesto izotonične (ali ekvimolarne), kadar imata enako koncentracijo.
V danem primeru je raztopina B hipertonična (zato vsebuje več raztopin) kot druga (definirana hipotonična); zato se v normalnih pogojih topilo premika z osmozo iz hipotonične v hipertonično raztopino. Pogovarjali smo se o standardnih pogojih, saj je z igranjem s fizikalnimi zakoni mogoče prevrniti sam koncept osmoze in omogočiti prehod topila iz najbolj razredčene koncentracije v najbolj koncentrirano (reverzna osmoza).
Osmotski tlak in reverzna osmoza
Kot je bilo do sedaj izraženo, se neto tok topila, ki ga generira osmoza, nadaljuje, dokler obe raztopini ne dosežeta enake koncentracije. To gibanje je mogoče preprečiti, ustaviti ali celo obrniti s pritiskanjem na predel z najvišjo koncentracijo.
V prejšnjem primeru zadostuje, da se postavi bat v predel B (za katerega se spomnimo, da ima višjo koncentracijo), in ga potisnemo navzdol z določeno silo, da omogočimo prehod vode proti A; v tem primeru govorimo o reverzni osmozi.
Osmotski tlak je tlak, ki je popolnoma v nasprotju s prehodom topila skozi polprepustno membrano; posledično je tlak, potreben za nasprotno osmozo.
Glede na dosedanje povedano sta dve izotonični raztopini enaki osmotski tlak; zato je treba poudariti, da je osmotski tlak odvisen izključno od števila delcev, prisotnih v raztopini, in ne od njihove narave.
Osmoza in človeško telo
Plazemske membrane, ki obkrožajo celice človeškega telesa, so dejansko polprepustne membrane, ki omogočajo neposreden prehod, skozi osmozo, majhnih molekul (kot so voda in sečnina), vendar ne tistih z večjo molekulsko maso (npr. beljakovin, aminokislin in sladkorjev). Osmotska ravnovesja v telesnih tekočinah so zato bistvena za zagotovitev optimalnega okolja za življenje celic.
Če vzamemo celico kot rdeče krvne celice in jo potopimo v hipotonično raztopino, se to - z osmozo - podvrže nabrekanju (ki ga povzroči vstop vode), zaradi česar lahko celo eksplodira. Nasprotno, če je potopljena v hipertonično raztopino, celica trpi zaradi prehoda vode proti zunanjosti, zaradi hude dehidracije, ki povzroča gubanje. Na srečo so v človeškem organizmu celice potopljene v izotonične raztopine glede na njihovo notranje okolje in obstajajo različni sistemi za vzdrževanje teh tekočin v osmotskem ravnovesju.
Osmotski tlak in konzerviranje hrane
Poglejmo si za trenutek o domačem marmeladu ... sladkor dodamo v obilju, ne samo za izboljšanje njegovega okusa, ampak tudi in predvsem za povečanje njegovega roka uporabnosti. Vendar je sladkor pomemben element v življenju mnogih mikroorganizmov, ki sodelujejo pri razgradnji proizvodov. To očitno protislovje je odstranjeno iz samega koncepta osmoze.
