Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 04.09.14


Osmose

Vortrag von Julia Vogel im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - Physikalische Chemie", WS 2013/2014


Gliederung:


Einstieg

Auszug aus „The Simpsons“ Staffel 10 Folge 7:

Homer Simpson versucht in einen Süßwasseraquarium einen Hummer zu halten. Jedoch stellt er schnell fest, dass dies für den Hummer nicht gut ist. Daher erhöht er die Salzkonzentration im Wasser, was wiederum für die Fische ein Problem darstellt…

Abb. 1: Hummer (Meerestier) in Süßwasser [1] Abb. 2: Süßwasserfisch in Salzwasser [1]

Warum ist nun eine erhöhte Salzkonzentration im Wasser für manche Tiere lebensnotwendig und für andere lebensgefährlich?


1 Experiment

Experiment Osmotischer Druck
Material
  • Zwei Steigrohre
  • Semipermeable Membran
  • Stativ mit Klemmen und Muffen
  • Doppelte Osmosekammer inklusive Dichtungsring und Klemme
  • VE-Wasser
Chemikalien
  • CuSO4-Lösung          c = 1 mol/L
Durchführung Für den Aufbau vgl. Abb. 3

In das Steigrohr 1 wird VE-Wasser (reines Lösemittel) gefüllt und das Steigrohr 2 wird mit CuSO4-Lösung auf gleiche Höhe befüllt. Die beiden Flüssigkeiten sind durch eine semipermeable Membran getrennt.

Beobachtung Nach einiger Zeit steigt der Meniskus im Steigrohr 2, im Steigrohr 1 sinkt er um den gleichen Betrag.
Interpretation Reines Lösungsmittel ist durch die semipermeable Membran diffundiert.


Abb. 3: Versuchsaufbau (Legende siehe Anleitung oben)


2 Osmose

Das im Experiment beobachtete Phänomen wird als Osmose bezeichnet. Osmose kommt vom griechischen osmós und bedeutet das Eindringen. Dabei wandert das Lösungsmittel, in diesem Fall Wasser, durch die semipermeable Membran in die Lösung. Die darin gelösten Teilchen können jedoch nicht zum reinen Lösungsmittel diffundieren, da sie zu groß sind und nicht durch die semipermeable Membran passen. Der Konzentrationsausgleich findet daher entgegen dem Konzentrationsgradienten statt. Da Osmose nur von der Anzahl an gelösten Teilchen abhängig ist, wird sie neben der Siedepunktserhöhung, Dampfdruck- und Gefrierpunktserniedrigung zu den kolligativen Eigenschaften gezählt.


3 Osmotischer Druck

Findet bei dem Experiment keine von außen feststellbare Veränderung statt, befinden sich die Flüssigkeiten im Gleichgewicht. Dabei herrscht jedoch auf Seiten der Lösung ein höherer Druck, der dem Konzentrationsausgleich entgegenwirkt. Dieser Druck wird als osmotischer Druck bezeichnet und wird mit der van’t Hoff’schen Gleichung wie folgt ermittelt:

π = Osmotischer Druck

R = Gaskonstante

T = Temperatur

Vm = Molvolumen

 xB = gelöste Teilchen


4 Wirkung des Osmotischen Drucks

Tabelle 1: Beeinflussung der Zellen durch das umgebende Medium (Lösemittel)

Hypertonisches Medium Isotonisches Medium Hypotonisches Medium
Mehr Lösemittel diffundiert aus der Zelle ins Medium als umgekehrt Gleiche Menge an Lösemittel diffundiert aus der Zelle ins Medium als auch in die Zelle hinein Mehr Lösemittel diffundiert aus dem Medium in die Zelle als umgekehrt

 

Abb. 4: Zelle im hypertonischen Medium

 

Abb. 5: Zelle im isotonischen Medium

Abb. 6: Zelle im hypotonischen Medium

Süßwasserfisch im Meerwasser

 

→ Wasser diffundiert aus Süßwasserfisch heraus

Süßwasserfisch im Süßwasser bzw. Meerestier im Meerwasser

→ Gleichmäßiger Austausch von Wasser zwischen Innen- und Außenmedium

Meerestier im Süßwasser

 

→ Wasser diffundiert in Meerestiere hinein


5 Anwendungsgebiete

Dialyse zur Blutreinigung: Größere Teilchen wie Blutkörperchen können nicht durch die semipermeable Membran zur Dialyselösung hindurch diffundieren, die kleineren Abfallprodukte schon

Trinkwassergewinnung: Salzwasser wird durch eine semipermeable Membran gedrückt um Trinkwasser zu erhalten

Regulierung des Wasserhaushalts bei Pflanzen: Durch die hohe Anzahl an Teilchen in den Zellen, nimmt die Pflanze durch die semipermeable Membran Wasser auf


Zusammenfassung

  • Semipermeable Membran muss bei Osmose vorhanden sein
  • Wanderung des Lösemittels entgegen des Konzentrationsgradienten der gelösten Teilchen
  • Osmose hängt von der Anzahl der gelösten Teilchen ab (kolligative Eigenschaft)
  • Lebewesen haben sich den unterschiedlichen Bedingungen angepasst und sollten daher nicht in die falsche Umgebung gebracht werden

6 Literatur:

  1. „The Simpsons“, Staffel 10 Folge 7.
  2. Atkins, P.; de Paula, J.: Physikalische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim 2006
  3. Brown, T.; Eugene LeMay, H.; Bursten, B.; Chemie: Die zentrale Wissenschaft; Pearson Studium, München 2007
  4. http://www.pci.tu-bs.de/aggericke/PC5-Grenzf/Membranen%20und%20Osmose.pdf , [27.08.2014]
  5. http://www.chemieunterricht.de/dc2/wasser/w-osmose.htm  [27.08.2014]
  6. http://www2.vobs.at/bio/botanik/b-osmose.htm  [27.08.2014]

E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de, Stand: 04.09.14