Osmos- definition, typer, exempel, (osmos vs diffusion) (2023)

Osmos Definition

Osmos är en biofysisk process som vanligtvis förekommer i biologiska system där lösningsmedelsmolekyler rör sig över ett semipermeabelt membran mot ett område med hög koncentration av lösta ämnen.

Figur: Osmos. Bildkälla:Open Stax (Rice University)ochBiologi online.

• Det är en typ avpassiv transportoch är riktad mot den riktning som tenderar att utjämna koncentrationen av lösta ämnen över ett semipermeabelt membran.
• Det är en vanlig process som äger rum i det mesta av det biologiska membranet i organismerna.
• I ett biologiskt system är lösningsmedlet mest vatten; osmos kan dock även ske i andra vätskor och till och med gaser.
• Eftersom det är ett passivt transportmedel kräver det ingen energi.

Mekanismer för osmos (Hur fungerar osmos?)

Figur: Ett schematiskt diagram som visar hur osmos fungerar. Bildkälla:Biologi online.

• För att beskriva processen och mekanismen för osmos tar vi två lösningar åtskilda av ett semipermeabelt membran.
• En av lösningarna är rent vatten medan den andra är en lösning av lite löst ämne och vatten.
• Enligt definitionen av osmos, i ett sådant fall, rör sig rent vatten över membranet mot den lösta lösningen.
• Flera beskrivningar har gjorts för att förstå drivkraften för osmos. Ett sådant teorem förklarar att rörelsen av vatten över membranet beror på koncentrationsgradienten av vatten i de två lösningarna.
• Detta teorem förklarar dock inte processen med omvänd osmos, som uppstår mot koncentrationsgradienten med lösningsmedlets förflyttning mot lösningen med lägre koncentration.
• Ett annat teorem som lagts fram av flera andra forskare är det faktum att de lösta molekylerna i lösningen attraherar lösningsmedelsmolekylerna över membranet. Denna sats stämmer inte heller eftersom storleken på de lösta molekylerna inte påverkar rörelsen av ett lösningsmedel över membranet.
• Därför har osmosprocessen förklarats med begreppet kemisk potential.
• Den kemiska potentialen för rent vatten i en lösning skiljer sig från den kemiska potentialen för vatten i lösningen med lösta molekyler.
• Interaktionen mellan det lösta ämnet och vattenmolekylerna minskar trycket som utövas av vattenmolekylerna i den lösta lösningen. Som ett resultat utövar vattenmolekylerna i det rena vattnet mer tryck mot lösningen med lägre lösningsmedelskoncentration.
• Detta tryck resulterar i att vatten tvingas över membranet. Denna process fortsätter tills trycket på båda sidor blir lika vilket leder till jämvikt.

Faktorer som påverkar osmos

Osmos är ett resultat av olika faktorer, och därför påverkas hastigheten av osmos av ett antal sådana faktorer:

Temperatur

• Hastigheten av osmos ökar med ökningen av temperaturen i systemet.
• Detta beror på att molekylernas energi också ökar med temperaturökningen.
• När molekylerna blir mer energiska ökar också deras rörelser, och på så sätt eskaleras osmosprocessen.

Koncentrationsgrad

• Eftersom koncentrationen av lösta molekyler är avgörande för drivkraften för osmos, påverkar alla förändringar i koncentrationen direkt osmoshastigheten.
• Osmos skjuter upp i ett tillstånd där skillnaden i koncentration av löst ämne över membranet är högre.
• Eftersom antalet lösta molekyler är fler i en lösning än i den andra, minskar trycket som utövas av lösningsmedelsmolekylerna, vilket påskyndar osmosprocessen.
• När väl jämvikt upprätthålls över membranet, upphör osmosprocessen.

Vattenpotential/ Lösningsmedelspotential

• Vattenpotentialen över ett semipermeabelt membran påverkar också osmoshastigheten.
• Eftersom vattenpotentialen för en lösning är större, kan vattenmolekylerna röra sig över membranet när trycket som utövas av partiklarna ökar.
• Så småningom blir vattenpotentialen på båda sidor lika, vilket skapar jämvikt.
• När väl jämvikt uppnåtts fortsätter vatten att strömma över membranet, men det strömmar åt båda hållen i lika stora mängder, vilket stabiliserar lösningarna.

Ytarea och tjocklek på membranet

• Med ökningen av ytan kommer mer utrymme att finnas tillgängligt för molekylerna för deras rörelse, vilket i sin tur kommer att öka osmoshastigheten.
• På samma sätt, om ytan minskar, kommer mindre utrymme att finnas där för molekylerna att röra sig, vilket kommer att begränsa deras rörelse.
• Osmoshastigheten minskar också när membranets tjocklek ökar.

Tryck

• Trycket är en väsentlig faktor som påverkar osmosprocessen eftersom det till och med kan ändra osmosens riktning.
• Om trycket appliceras över det tryck som appliceras av lösningsmedelsmolekylerna, kan osmosens riktning ändras, och lösningsmedelsmolekylerna börjar röra sig mot området med mer lösningsmedelskoncentration.
• Men om trycket är lägre än det som utövas av lösningsmedelsmolekylerna, ändrar det inte riktningen utan minskar osmoshastigheten.
• Trycket som appliceras i samma riktning som koncentrationsgradienten ökar också osmoshastigheten.

Variation/ Typer av osmos

Det finns vissa variationer eller typer av osmos på grundval av rörelseriktningen för lösningsmedelsmolekyler.

Omvänd osmos och Framåt osmos

Bildkälla:AIChE.

• Omvänd osmos är en separationsmetod som används för att tvinga ett lösningsmedel genom ett semipermeabelt membran vilket resulterar i lösta molekyler på ena sidan och lösningsmedelsmolekyler på den andra sidan.
• Omvänd osmos skiljer sig från den främre osmosen genom att omvänd osmos använde hydrauliskt tryck för att tvinga lösningsmedlet mot det osmotiska trycket.
• Framåt osmos är en annan variant av osmos där den osmotiska tryckgradienten används för att inducera flödet av vatten från provlösningen för att separera de lösta ämnena.
• Forward osmosis använder en draglösning med en högre koncentration av löst ämne, som extraherar lösningsmedelsmolekylerna från provlösningen; vilket resulterar i separation av löst ämne och lösningsmedel i provlösningen.

Endosmos och exosmos

Bildkälla:topp.

• Endosmos är rörelsen av vatten in i cellen som sker när en cell placeras i en lösning som har en högre koncentration av vatten än cellen.
• Exosmos är rörelsen av vatten ut ur cellen som uppstår när en cell placeras i en lösning som har en högre koncentration av löst ämne än cellen.
• Celler sväller upp i storlek efter endosmos medan cellerna krymper efter exosmos.

Osmotiska lösningar (Tonicitet)

• Tonicitet är förmågan hos extracellulära lösningar att inducera förflyttning av vatten in och ut ur en cell genom osmosprocessen.
• Toniciteten för en lösning bestäms koncentrationen av lösta ämnen och lösningsmedelsmolekyler i lösningen.

Bildkälla:Open Stax (Rice University)

På basis av lösningarnas tonicitet kallas de hypotoniska, hypertona eller isotoniska lösningar.

Hypotonisk lösning

• Om en extracellulär lösning har mindre koncentration av löst ämne än den inuti cellen, kallas lösningen för en hypoton lösning.
• När en cell placeras i en hypoton lösning sker förflyttning av vatten in i cellen vilket resulterar i endosmos.
• Cellen är ett sådant tillstånd kommer att svälla upp och kan till och med brista.

Hypertonisk lösning

• Om en extracellulär lösning har mer koncentration av löst ämne än den inuti cellen, kallas lösningen en hypertonisk lösning.
• När en cell placeras i en hypertonisk lösning sker rörelsen av vatten ut ur cellen vilket resulterar i exosmos.
• Cellen krymper ner, förlorar förmågan att dela sig och till och med fungera.

Isotonisk lösning

• När en extracellulär lösning har samma koncentration av löst ämne som den inuti cellen kallas lösningen för en isotonisk lösning.
• När en cell placeras i en isotonisk lösning sker ingen rörelse av vatten över cellmembranet.
• I detta fall påverkas inte cellens storlek eftersom ingen rörelse av vatten äger rum.

Osmotiskt tryck

• Osmotiskt tryck är det tryck som appliceras av ett hypotoniskt tryck som resulterar i förflyttning av lösningsmedelsmolekyler över det semipermeabla membranet.
• Det är det lägsta trycket som bör appliceras på lösningen för att förhindra inåtflöde av rent lösningsmedel över det semipermeabla membranet.
• Osmotiskt tryck är drivkraften för osmos och hastigheten av osmos ökar när det osmotiska trycket ökar.

Bildkälla:Farmaceutisk mikrobiologi.

Det osmotiska trycket för en lösning kan beräknas enligt följande:

∏= MRT

Där ¸ är det osmotiska trycket

M är den molära koncentrationen av det lösta ämnet

R är gaskonstanten

Och T är systemets temperatur.

Betydelsen av osmos

Osmos har följande betydelser i de kemiska och biologiska systemen:

1. Osmos är ansvarig för transporten av näringsämnen in i cellen och avfallsmaterial ut ur cellen.
2. Osmos påverkar transporten av vatten från marken till växternas rötter som sedan leds till olika delar av cellen via xylemvävnaden.
3. Cellens inre miljö i levande organismer stabiliseras av balansen mellan vatten och de intracellulära vätskenivåerna.
4. Osmos är också ansvarig för att upprätthålla cellens täthet.
5. Osmos i växter förhindrar att cellerna torkar ut till följd av vattenförlust genom transpiration.
6. Cell-till-cell-diffusionen av vatten och andra cellulära vätskor upprätthålls också av osmos.
7. Rörelsen av växter och växtdelar regleras av cellens turgiditet, som i sin tur balanseras av osmos.
8. Osmos förhindrar också uttorkning av frukter och sporangier bland andra växtstrukturer.
9. Ett ökat osmotiskt tryck stödjer växterna i ökenområdena mot torka och andra sådana skador.
10. Omvänd osmos och framåtosmos är metoder för separation som används vid rening av dricksvatten, avsaltning, rening av avloppsvatten, koncentration av flytande livsmedel som juice, produktion av lönnsirap, lågalkoholöl och väteperoxid.

Exempel påosmos

I djurcellerna

• Osmos påverkar formen och storleken på djurceller eftersom det inte finns någon cellvägg i djurceller.
• De röda blodkropparna hos människor påverkas i hög grad av blodets osmotiska tryck. Om blodet är för utspätt, krymper de röda blodkropparna i storlek medan de sväller upp och spricker till och med om blodet är koncentrerat.
• Således, hos djur, koncentrationen av kroppsvätskor; blodplasma och vävnadsvätska, bör hållas inom strikta gränser.
• Ett annat exempel på osmos hos djur är krympningen av sniglar vid exponering för salt.
• Huden på sniglar är ett semipermeabelt membran som vid exponering för salt drar ut vatten från cellerna vilket resulterar i att cellen och i sin tur djuret krymper.

Figur: Effekter av osmos på celler i olika toniska miljöer. Bildkälla:Philpot utbildning.

I växtcellerna

• Rotsystemet i växter tar upp vatten från jorden via osmos.
• Cellerna i växternas rot har ett semipermeabelt membran som gör att vattnet i jorden kan infiltrera i rötterna och påverka skyddscellerna.
• Ett annat klassiskt exempel på osmos i växter är att potatiscellerna sväller upp och krymper när skivor av potatis doppas i en hypoton lösning respektive hypertona lösningar.

Osmosis video animation

Osmos vs diffusion

Referenser

• Friedman, M. (2008). Principer och modeller för biologisk transport. Springer.
• https://en.wikipedia.org/wiki/Osmosis#Mechanism
• https://byjus.com/biology/osmosis/
• https://biodifferences.com/difference-between-osmosis-and-diffusion.html
• https://byjus.com/biology/difference-between-diffusion-and-osmosis/

Källor

• 1 % – https://www.answers.com/Q/What_is_an_osmosis
• 1 % – https://sciencing.com/concentration-solution-affect-osmosis-8692240.html
• 1 % – https://quizlet.com/224171474/diffusion-and-osmosis-flash-cards/
• 1 % – https://pediaa.com/what-is-the-difference-between-imbibition-and-osmosis/
• 1 % – https://byjus.com/chemistry/osmotic-pressure-equation/
• 1 % – https://answers.yahoo.com/question/index?qid=20130819050900AABN0Nc
• <1 % – https://www.zmescience.com/science/difference-diffusion-osmosis-043243/
• <1 % – https://www.youtube.com/watch?v=kVGYWzlV2pg
• <1 % – https://www.toraywater.com/knowledge/kno_001_01.html
• <1 % – https://www.slideshare.net/ShelbyLazorka/biology-formal-lab-report-on-osmosis-and-diffusion
• <1 % – https://www.slideshare.net/PawanSingh387/demineralization-water-treatmentplant
• <1 % – https://www.siyavula.com/read/science/grade-10-lifesciences/support-and-transport-systems-in-plants/05-support-and-transport-systems-in-plants- 05
• <1 % – https://www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/osmosis
• <1 % – https://www.scienceabc.com/pure-sciences/what-is-osmosis-definition-biology-diffusion.html
• <1 % – https://www.reference.com/science/factors-affect-osmosis-57c548bc32c3da1d
• <1 % – https://www.freedrinkingwater.com/resource-a-complete-resource-guide-to-osmosis.htm
• <1 % – https://www.encyclopedia.com/earth-and-environment/ecology-and-environmentalism/environmental-studies/water-potential
• <1 % – https://www.answers.com/Q/What_is_the_definition_of_osmosis
• <1 % – https://www.answers.com/Q/How_are_cells_affected_by_the_movement_of_water
• <1 % – https://www.answers.com/Q/A_solution_that_is_hypotonic_to_a_cell_has
• <1 % – https://sciencetrends.com/hypertonic-solution-definition-and-role-in-cell-biology/
• <1 % – https://quizlet.com/65503061/r2101-431-436-water-nutrient-pathway-in-plants-flash-cards/
• <1 % – https://quizlet.com/303178916/holes-human-ap-ch-19-20-21-mb-flash-cards/
• <1 % – https://quizlet.com/164133651/passive-transport-flash-cards/
• <1 % – https://quizlet.com/121380589/water-potential-flash-cards/
• <1 % – https://quizizz.com/admin/quiz/5bd11e4a1c268b001ff7c733/tonicity
• <1 % – https://qknowbooks.gitbooks.io/jhs_2_science-diffusion-and-osmosis/osmosis_in_plants_and_animals.html
• <1 % – https://qknowbooks.gitbooks.io/jhs_2_science-diffusion-and-osmosis/content/osmosis_in_plants_and_animals.html
• <1 % – https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.8b02827
• <1 % – https://infogalactic.com/info/Osmosis
• <1 % – https://en.wikipedia.org/wiki/Thunnus_maccoyii
• <1 % – https://en.wikipedia.org/wiki/Forward_osmosis
• <1 % – https://courses.lumenlearning.com/boundless-chemistry/chapter/kinetic-molecular-theory/
• <1 % – https://chemistry.stackexchange.com/questions/63782/how-does-osmosis-work
• <1 % – https://brainly.com/question/5336091
• <1 % – https://biologydictionary.net/isotonic/
• <1 % – https://bio.libretexts.org/Bookshelves/Microbiology/Book%3A_Microbiology_(Boundless)/6%3A_Culturing_Microorganisms/6._14%3A_Physical_Antimicrobial_Control/6.14F%3A_Osmotic_Pressure
• <1 % – https://apcentral.collegeboard.org/pdf/bio-lab4-diffusionandosmosis.pdf?course=ap-biology
• <1 % – https://answersdrive.com/what-is-the-relationship-between-the-surface-area-and-volume-of-a-cell-8201263