Diffusion: Das Grundprinzip der Osmose
Die Grundlage der Osmose ist die Diffusion. Diffusion bedeutet, dass sich Teilchen (z. B. Salz-Teilchen) selbstständig in einem Lösungsmittel (z.B. Wasser) verteilen, bis überall in der Lösung die gleiche Konzentration erreicht ist. Die Teilchen wandern automatisch von einem Ort hoher Konzentration zu einem Ort niedrigerer Konzentration:
- Gibst du einen Löffel Salz in einen Topf Wasser, so kannst du die Salzkristalle zunächst noch auf dem Topfgrund sehen.
- Mit der Zeit beginnen sie sich aufzulösen, was bedeutet, dass die Salzteilchen dorthin im Wasser wandern, wo sich noch keine oder erst wenige Salzteilchen befinden. Sie wandern also zu einem Ort mit niedrigerer Salz-Konzentration.
- Dieser Prozess setzt sich fort, bis die Salz- und Wasserteilchen vollständig durchmischt sind.
Diffusion funktioniert nicht nur bei flüssigen und gelösten Stoffen, sondern auch bei Gasen: Wenn du beispielsweise einen Spritzer Parfum in einen geschlossenen Raum gibst, verteilen sich die Parfum-Teilchen in der Luft, bis in jedem Kubikmillimeter Luft die gleiche Anzahl Parfum-Moleküle und Luft-Moleküle sind. Die Wanderung findet natürlich auch umgekehrt statt: Die Luft-Moleküle verteilen sich im Parfum, wo ja noch keine Luft vorhanden ist. Diffusion ist also immer gegenseitig.
Osmose: Diffusion in eine Richtung
Osmose ist Diffusion durch eine Membran (eine Art Haut, die als Trennwand funktioniert) hindurch. Diese Membran ist „semipermeabel“ oder „selektiv permeabel“, was bedeutet, dass sie nur bestimmte Teilchen durchlässt und andere nicht. Daraus ergibt sich, dass die Diffusion nur in eine Richtung funktioniert: Der Teilchenfluss ist gerichtet. Für gewöhnlich ist es so, dass die Membran das Lösungsmittel durchlässt, nicht aber die gelösten Teilchen. Darum passiert bei der Osmose Folgendes:
- Du hast beispielsweise ein Gefäss mit 2 Abteilen, die durch eine Membran getrennt sind. Diese Membran lässt zwar Wasser, aber kein Salz durch (eine solche Membran ist übrigens unsere Zellmembran). In das erste Abteil füllst du Wasser, in das zweite eine Wasser-Salz-Mischung.
- Das Salz kann nun die Salz-Konzentration in den beiden Abteilen nicht ausgleichen, das Wasser aber schon! Es fliesst vom Ort hoher Wasser-Konzentration zum Ort niedriger Wasser-Konzentration. Der Wasserstand im ersten Abteil sinkt, im zweiten steigt er.
- Der Prozess setzt sich fort, bis der Wasserdruck den osmotischen Druck (also das Drängen der Wasserteilchen in das Salz-Wasser-Abteil hinein) ausgleicht.