תוֹכֶן
אוסמוזה היא תהליך המתרחש בין שני מכולות המופרדות על ידי מחסום חדיר למחצה. אם למחסום יש נקבוביות גדולות מספיק בכדי לאפשר למולקולות מים לעבור אך קטנות מספיק בכדי לחסום את מולקולות המומס, יזרמו מים מהצד עם הריכוז הקטן יותר של המומס לצד שאותו הריכוז הגדול יותר. תהליך זה ממשיך עד אשר ריכוז המומס שווה משני הצדדים או שהלחץ המתנגד לשינוי נפח בצד עם הריכוז הגדול יותר עולה על הכוח המניע את המים דרך המכשול. לחץ זה הוא לחץ אוסמוטי או הידרוסטטי, והוא משתנה ישירות עם ההבדל בריכוז המומסים בין שני הצדדים.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
הלחץ האוסמוטי המוביל מים על פני מחסום אטום עולה עם ההבדל בריכוזי המומסים משני צדי המכשול. בתמיסה עם יותר ממס אחד יש לסכם את הריכוזים של כל המומסים כדי לקבוע את ריכוז המומסים הכולל. לחץ אוסמוטי תלוי רק במספר חלקיקי המומסים ולא בהרכבם.
לחץ אוסמוטי (הידרוסטטי)
התהליך המיקרוסקופי בפועל שמניע אוסמוזה מעט מסתורי, אך המדענים מתארים זאת כך: מולקולות מים הן מצב של תנועה מתמדת, והן נודדות בחופשיות ברחבי מיכל בלתי מוגבל כדי להשוות את ריכוזן. אם תכניס מכשול למכל שדרכו הם יכולים לעבור, הם יעשו זאת. עם זאת, אם צד אחד של המכשול מכיל תמיסה עם חלקיקים גדולים מכדי לעבור את המכשול, מולקולות המים העוברות מהצד השני נאלצות לחלוק עימן חלל. הנפח בצד עם המומס עולה עד שמספר מולקולות המים משני הצדדים שווה.
הגדלת ריכוז המומסים מפחיתה את השטח הזמין למולקולות מים, מה שמקטין את מספרם. זה בתורו מגביר את נטייתם של המים לזרום לאותו צד מהצד השני. כדי להרפות מעט, ככל שההבדל בריכוז מולקולות המים גדול יותר, כך הם "רוצים" לעבור על המכשול לצד שמכיל המומס.
מדענים קוראים ללחץ אוסמוטי זה או ללחץ הידרוסטטי זה, וכמותו ניתנת למדידה. שים מכסה על מיכל קשיח כדי למנוע את החלפת הנפח ומודד את הלחץ הדרוש בכדי למנוע את עליית המים בזמן שאתה מודד את ריכוז הפיתרון בצד עם המומסים ביותר. כאשר לא מתרחש שינוי נוסף בריכוז, הלחץ שאתה מפעיל על הכיסוי הוא הלחץ האוסמוטי, בהנחה שהריכוזים משני הצדדים אינם שווים.
יחסי לחץ אוסמוטי לריכוז המוח
ברוב המצבים האמיתיים, כמו שורשים השואבים לחות מהאדמה או תאים שמחליפים נוזלים עם סביבתם, קיים ריכוז מסוים של מומסים בשני צידי המכשול החדיר למחצה, כמו שורש או קיר תא. אוסמוזה מתרחשת כל עוד הריכוזים שונים והלחץ האוסמוטי עומד ביחס ישיר להבדל הריכוז. במונחים מתמטיים:
P = RT (∆C)
כאשר T הוא הטמפרטורה בקלבינס, ∆C הוא ההבדל בריכוזים ו- R הוא קבוע הגז האידיאלי.
הלחץ האוסמוטי אינו תלוי בגודל מולקולות המומסים או בהרכבם. זה תלוי רק בכמה מהם. לפיכך, אם יותר ממס אחד נמצא בתמיסה, הלחץ האוסמוטי הוא:
P = RT (C1 + ג2 + ... גn)
איפה ג1 הוא הריכוז של המומס אחד, וכן הלאה.
בדוק זאת בעצמך
קל לקבל מושג מהיר על השפעת הריכוז על לחץ אוסמוטי. מערבבים כף מלח בכוס מים ומכניסים גזר. מים יזרמו מהגזר למים המלוחים על ידי אוסמוזה, והגזר יתכווץ. עכשיו הגבירו את ריכוז המלח לשניים או שלוש כפות ותעדו כמה מהר יותר ובגדול הגזר מתרסק.
המים בגזר מכילים מלח וממסים אחרים, כך שההפך יתרחש אם טבול אותם במים מזוקקים: הגזר יתנפח. הוסף כמות קטנה של מלח ורשום כמה פחות זמן לוקח לגזר להתנפח או אם הוא מתנפח לאותו גודל. אם הגזר לא מתנפח או מתכווץ, הצלחת ליצור פיתרון שיש בו ריכוז מלח זהה לזה של הגזר.