Az ozmózis olyan biofizikai jelenség, amelyben a víz (vagy más oldószer) egy kevésbé koncentrált oldatból egy részben áteresztő membránon keresztül (más szóval egyes részecskéket átenged, másokat viszont elzár) egy koncentráltabb oldatba jut.
Az oldószer ezt a vándorlást mindaddig fenntartja, amíg a koncentrációban egyensúlyba nem kerül.
Amikor tehát a vízmolekulák nettó vándorlása történik egy alacsony oldott anyag koncentrációjú oldatból egy magasabb oldott anyag koncentrációjú oldat felé, ezt a jelenséget ozmózisnak nevezzük. Ezt a mozgást néha úgy is nevezik, hogy “lefelé a koncentrációs gradiens mentén”.
Az ozmotikus nyomás az az erő, amely ahhoz szükséges, hogy megakadályozza a víz mozgását a féligáteresztő membránon keresztül.
Az ozmózis kifejezést, amely görögül “lökést” vagy “impulzust” jelent, először J. A. Nollet alkotta meg, aki 1747-ben leírta azt a kísérletet, amelyben egy állati hólyagot használt két, vizet és bort tartalmazó kamra elválasztására. Megfigyelte, hogy a bort tartalmazó kamra térfogata megnőtt, és ha a kamrát bezárták, a nyomás emelkedett.
Hogyan működik az ozmózis
Az ozmózis klasszikus kísérletében egy pohár vizet két részre osztanak, a kettő közé egy félig áteresztő membránt helyeznek, és az egyik oldalra sót adnak. Hamarosan észre fogod venni, hogy a víz a főzőpohár só nélküli oldaláról a sóoldatot tartalmazó oldalra vándorol. Ez a vízmozgás addig folytatódik, amíg a só koncentrációja mindkét oldalon azonos nem lesz.
Ez ugyanaz az ok, amiért soha nem szabad csigát só közelébe tenni, mert a szegény élőlény elpusztulna, ahogy a vizet kivonják belőle.
Az ozmózis kulcsa egy féligáteresztő membrán jelenléte, amely valószínűbbé teszi, hogy egy alacsony koncentrációjú oldatban a vízmolekulák ütköznek a membránnal és átjutnak rajta, míg egy koncentrált oldatban a vízmolekulák sokkal kevesebb vízmolekula ütközik a membránnal és jut át rajta. Ez az eltérés azt jelenti, hogy nagyobb a statisztikai valószínűsége annak, hogy egy kevésbé koncentrált oldatból több vízmolekula jut át a membránon. Amint a membránon áthaladó vízmolekulák statisztikai valószínűsége megegyezik, az ozmózis leáll.
Ozmózis a természetben
Az ozmózis az élet egyik alapvető folyamata. Testünk minden sejtje, a növények és a körülöttünk élő állatok az ozmózisnak köszönhetik túlélésüket.
Vegyük például a növényeket. Amikor öntözzük őket, a szárvégre és a talajra öntjük. Ha a növény sejtjeit olyan oldat veszi körül, amely nagyobb koncentrációban tartalmaz vízmolekulákat, mint a sejtek belsejében lévő oldat, a víz ozmózis útján jut be a levelekbe, gyümölcsökbe és virágokba. E folyamat során a növényi sejt megszilárdul.
Ha azonban a növényt olyan oldat veszi körül, amely alacsonyabb vízkoncentrációt tartalmaz, akkor a növényi sejtekben lévő oldat vízmolekulái ozmózis útján távoznak, és a növény petyhüdté válik.
Mikor a növényeket öntözzük, általában a szárvéget és a talajt öntözzük, amelyben nőnek. Ezért a növények gyökerei veszik fel a vizet, és a gyökerekből a víz eljut a növények különböző részeibe; legyen az levél, gyümölcs vagy virág. Minden gyökér féligáteresztő gátként működik, amely lehetővé teszi a vízmolekulák számára, hogy a magas koncentrációjú (talaj) és az alacsony koncentrációjú (gyökerek) víz között átjussanak. A gyökerek szőrösek, ami növeli a felületet, és ezáltal a növények vízfelvételét.
Egy talán még inkább rokonítható példa a saját testünkben található. Amikor vizet iszunk, a sejtek ozmózis útján szívják fel, akárcsak a növényi gyökerek. A sejtfal félig áteresztő membránként működik, ozmotikus nyomást hozva létre a sejt belseje és külseje között. A vér hígabb oldat, mint a sejt citoplazmája, ezért a víz átjut a sejtfalon. Ugyanez vonatkozik a tápanyagokra és ásványi anyagokra is, amelyek szintén ozmózis útján jutnak át.
Az emberek már az ókor óta felismerték az ozmózisban rejlő lehetőségeket, és az élelmiszerek tartósítására használták. Az ókoriak megfigyelték, hogy só vagy cukor hozzáadása eltávolítja a vizet a szövetekből. Akkoriban a folyamatot imbibíciónak nevezték, mivel az olyan oldott anyagok, mint a só és a cukor, magukhoz vonzották a vizet abból az anyagból, amelyhez hozzáértek.
Mi a különbség az ozmózis és a diffúzió között
A diffúzió és az ozmózis egyaránt passzív transzportfolyamat, ami azt jelenti, hogy az anyagok mozgatásához nincs szükség energiabevitelre. Mindkét folyamat elengedhetetlen a biológiai folyamatok megfelelő működéséhez, például a víz vagy a tápanyagok sejtek közötti szállításához.
A fő különbség a kettő között az, hogy a diffúzió bármilyen keverékben bekövetkezhet, még akkor is, ha két oldatot nem választ el féligáteresztő membrán, míg az ozmózis kizárólag féligáteresztő membránon keresztül történik.
A diffúzió a levegő összetételét teszi egyenletessé azáltal, hogy a kémiai fajokat, például a levegőben lévő oxigént, addig osztja el újra, amíg el nem éri az egyensúlyt: más szóval, amíg a koncentrációs gradiens – a két terület közötti koncentrációkülönbség – meg nem szűnik. Ha egy faj koncentrációja kezdetben nem egyenletes, idővel a diffúzió tömegáthelyeződést okoz az egyenletesebb koncentráció javára.
Végeredmény: Az ozmózis – a víz természetes mozgása egy oldatba egy féligáteresztő membránon keresztül – központi szerepet játszik az egész biológiában. Ez egy passzív transzportfolyamat, akárcsak a diffúzió, de a kettő különbözik egymástól.