Cytologie
Diffusion
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Durch den osmotischen Druck können Lösungsmittel eine Membran passieren. Aber wie funktioniert das und wie kannst du den osmotischen Druck berechnen? Das erfährst du in diesem Beitrag. Falls du das Thema noch schneller verstehen möchtest, schau dir unser kurzes Video dazu an!

Osmotischer Druck einfach erklärt  

Du kannst den osmotischen Druck als eine Triebkraft der Osmose bezeichnen. Bei der Osmose diffundieren (strömen) Lösungsmittel durch eine semipermeable (halbdurchlässige) Membran.  

Das kannst du dir so vorstellen, dass es zwei „Räume“ gibt, die von einer Membran getrennt werden. In beiden Räumen liegen Teilchen vor, die in einem Lösungsmittel gelöst sind. Allerdings liegen in einem Raum mehr im Lösungsmittel gelöste Teilchen. Durch diesen Unterschied entsteht ein sogenannter osmotischer Druck auf der Seite des Raumes mit der höheren Teilchenkonzentration.

Daher diffundiert (bewegt sich) das Lösungsmittel von der Seite mit der geringeren Teilchenkonzentration zu der Seite mit der höheren Teilchenkonzentration durch die Membran. Das passiert solange, bis das Druckverhältnis ausgeglichen ist. 

                                              geringere Teilchenkonzentration höhere Teilchenkonzentration                                       
                                          höhere Lösungsmittelkonzentration geringere Lösungsmittelkonzentration                                       
                                                                                Lösungsmittel \longrightarrow                                                                               

 

Osmotischer Druck Definition

Der osmotische Druck ist ein Druck, der durch die in einem Lösungsmittel gelösten Teilchen auf der höherkonzentrierten Seite verursacht wird.

Osmotische Wirkung  

Um den osmotischen Druck zu verstehen, stellst du dir am besten zwei Behälter vor, die durch eine Membran getrennt sind. Die Membran ist semipermeabel. Das heißt, dass sie nur bestimmte Moleküle passieren lässt. In dem Fall der Osmose kann nur das Lösungsmittel durch die Membran diffundieren.

Im ersten Behälter liegen weniger im Lösungsmittel gelöste Teilchen (niedrige Teilchenkonzentration) vor als im zweiten Behälter (hohe Teilchenkonzentration). Das bedeutet, dass im ersten Behälter mehr Lösungsmittel vorhanden ist als in dem zweiten. Dadurch entsteht ein osmotischer Druck im Behälter mit der höheren Teilchenkonzentration (bzw. mit der niedrigen Lösungsmittelkonzentration). Das Druckverhältnis treibt den Fluss des Lösungsmittels durch die Membran an. Durch das Lösungsmittel wird die Teilchenkonzentration verdünnt. Somit kann der Druck verringert werden.

Um den osmotischen Druck auszugleichen, fließt das Lösungsmittel also durch die Membran vom Behälter mit der niedrigeren Teilchenkonzentration zum Behälter mit der höheren Teilchenkonzentration. Das Lösungsmittel bewegt sich somit zu der Seite, auf der der osmotische Druck besteht. Das findet solange statt, bis das Druckverhältnis ausgeglichen ist.

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Prinzip des osmotischen Drucks

Osmotischer Druck Einteilung  

Du kannst den osmotischen Druck in drei Bereiche einteilen:

  1. isotonisch: Die Konzentration der gelösten Teilchen ist auf beiden Seiten der Membran gleich. Das bedeutet, dass kein osmotischer Druck entsteht und somit auch kein Lösungsmittel diffundiert. 
  2. hypertonisch: Die Konzentration der gelösten Teilchen ist auf der einen Seite (z.B. in der Zelle ) der Membran niedriger als auf der anderen Seite (z.B. außerhalb der Zelle). Das heißt, dass ein osmotischer Druck außerhalb der Zelle entsteht. Dadurch diffundiert das Lösungsmittel aus der Zelle hinaus.
  3. hypotonisch: Die Konzentration der gelösten Teilchen ist auf der einen Seite (z.B. in der Zelle) höher als auf der anderen Seite der Membran (z.B. außerhalb der Zelle). Es entsteht also ein osmotischer Druck innerhalb der Zelle. Das Lösungsmittel diffundiert somit in die Zelle hinein.

Osmotischer Druck berechnen  

Du kannst den osmotischen Druck berechnen. Dafür verwendest du das Van-‚t Hoff’sche Gesetz. 

Das lautet:

p = c \cdot R \cdot T

Dabei steht p für den osmotischen Druck. Die Einheit des osmotischen Drucks ist Pascal. Die gelöste Stoffmengenkonzentration wird durch c beschrieben, R steht für die universelle Gaskonstante und T ist die Temperatur. 

Um den osmotischen Druck zu berechnen musst du also die gegebenen Größen in die Formel für den osmotischen Druck einsetzen.

Osmotischen Druck messen  

Du kannst den osmotischen Druck nicht nur berechnen, sondern auch messen. Dafür verwendest du ein sogenanntes Osmometer. Der Botaniker Wilhelm Pfeffer hat eine Apparatur zur Messung des osmotischen Drucks in wässrigen Lösungen entwickelt. Die Apparatur nennst du Pfeffersche Zelle.

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Schematische Darstellung der Pfefferschen Zelle

 

Die Pfeffersche Zelle stellt ein Modell einer Pflanzenzelle dar. Dabei wird die zu messende Substanz (z.B. eine Zuckerlösung) in ein Gefäß gefüllt. Das Gefäß ist mit einem Stopfen verschlossen, in dem sich noch ein Steigrohr befindet. Um das Gefäß herum hast du eine wasserdurchlässige Tonwand. Anschließend wird das Gefäß in reines Wasser gestellt.

Jetzt kann das Wasser durch die semipermeable Membran in die Zuckerlösung diffundieren. Dadurch steigt die Zuckerlösung im Steigrohr an. Das passiert solange, bis der Druck auf beiden Seiten ausgeglichen ist. Den osmotischen Druck kannst du dann am Steigrohr an der Stelle ablesen, bis zu der die Flüssigkeit gestiegen ist. Der Wert, den du abliest, heißt auch osmotischer Wert

Osmotischer Druck Zelle  

Jede Zelle unterliegt einem gewissen osmotischen Druck. Tierische Zellen sind nicht von einer Zellwand umgeben, sondern von einer Zellmembran. Eine Zellmembran kann oft nicht so großen Drücken standhalten wie eine Zellwand.

Osmose Beispiel

Schauen wir uns als Beispiel den osmotischen Druck im Blut an. Die roten Blutkörperchen liegen im Normalzustand als Scheiben vor. Wenn du sie allerdings mit reinem Wasser verdünnst, platzen sie. Das liegt daran, dass die Membran dem Druck des Wassereinstroms nicht standhalten kann. Aus diesem Grund wird Blut nur mit einer isotonischen Lösung verdünnt.

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Osmotischer Druck im Blut

 

Anders ist das bei den pflanzlichen Zellen, die eine stabile Zellwand besitzen. Sie halten dadurch dem osmotischen Druck, der bei der Wasseraufnahme entsteht, stand. Der Druck wird dann von Zelle zu Zelle weitergegeben, wodurch sich eine Gewebespannung aufbaut. Dabei spielt der Turgor (Zellinnendruck)  eine wichtige Rolle für die Stabilität der Pflanze. Schau dir unbedingt unser Video zu tierischen und pflanzlichen Zellen im Vergleich an, um noch mehr Unterschiede kennenzulernen! 

Zum Video: Tierische und pflanzliche Zelle im Vergleich
Zum Video: Tierische und pflanzliche Zelle im Vergleich

 

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