Osmose is een biofysisch verschijnsel waarbij water (of een ander oplosmiddel) van een minder geconcentreerde oplossing naar een meer geconcentreerde oplossing beweegt door een gedeeltelijk doorlatend membraan (met andere woorden, het laat sommige deeltjes door, terwijl het andere tegenhoudt).
Het oplosmiddel zal deze migratie in stand houden totdat een evenwicht in concentratie is bereikt.
Wanneer er dus een netto migratie is van de watermoleculen van een oplossing met een lage concentratie oplosmiddel naar een oplossing met een hogere concentratie oplosmiddel, noemen we dit verschijnsel osmose. Deze beweging wordt ook wel “beneden de concentratiegradiënt” genoemd.
Osmosedruk is de kracht die nodig is om te voorkomen dat water over het semipermeabele membraan beweegt.
De term osmose, dat Grieks is voor ‘stuwkracht’ of ‘impuls’, werd voor het eerst gebruikt door J.A. Nollet, die in 1747 een experiment beschreef waarbij hij een blaas van een dier gebruikte om twee kamers met water en wijn van elkaar te scheiden. Hij merkte op dat het volume in de kamer met wijn toenam en, als de kamer werd gesloten, de druk steeg.
Hoe osmose werkt
Een klassiek experiment voor osmose bestaat uit het splitsen van een bekerglas water in twee helften, met een semipermeabel membraan ertussen en zout toegevoegd aan een van de zijden. Je zult al snel merken dat het water van de kant van het bekerglas zonder zout naar de kant met de zoutoplossing migreert. Deze beweging van water gaat door totdat de zoutconcentratie aan beide kanten gelijk is.
Het is dezelfde reden waarom je nooit een slak in de buurt van zout moet zetten, want dan sterft het arme diertje omdat zijn water wordt onttrokken.
De sleutel tot osmose is de aanwezigheid van een semipermeabel membraan dat het waarschijnlijker maakt dat watermoleculen in een oplossing met een lage concentratie tegen het membraan botsen en passeren, terwijl watermoleculen in een geconcentreerde oplossing veel minder watermoleculen tegen het membraan zullen botsen en passeren. Deze wanverhouding betekent dat er een grotere statistische kans is dat meer watermoleculen van een minder geconcentreerde oplossing door het membraan gaan. Zodra de statistische waarschijnlijkheid van watermoleculen die door het membraan gaan gelijk is, stopt de osmose.
Osmose in de natuur
Osmose is een van de essentiële processen van het leven. Elke cel van ons lichaam, planten en dieren om ons heen danken hun voortbestaan aan osmose.
Neem planten, bijvoorbeeld. Als we ze water geven, gieten we het op het stengeleinde en de grond. Als de cellen van de plant omgeven zijn door een oplossing die een hogere concentratie watermoleculen bevat dan de oplossing in de cellen, zal het water door osmose de bladeren, vruchten en bloemen binnendringen. Tijdens dit proces zal de plantencel stevig worden.
Als een plant echter wordt omgeven door een oplossing die een lagere concentratie water bevat, zullen de watermoleculen van de oplossing binnen de cellen van de plant door osmose worden uitgestoten, waardoor de plant slap wordt.
Wanneer wij planten water geven, geven wij gewoonlijk water aan het uiteinde van de stengel en aan de grond waarin zij groeien. De wortels van de planten nemen dus water op en vanuit de wortels gaat het water naar de verschillende delen van de plant: bladeren, vruchten of bloemen. Elke wortel fungeert als een semi-permeabele barrière, die watermoleculen van hoge concentratie (grond) naar lage concentratie (wortels) laat gaan. Wortels hebben haren, waardoor de oppervlakte toeneemt en dus ook de wateropname door de planten.
Een meer relateerbaar voorbeeld is misschien binnen ons eigen lichaam. Wanneer we water drinken, absorberen cellen het door osmose, net als plantenwortels. De celwand fungeert als een semi-permeabel membraan, waardoor een osmotische druk ontstaat tussen de binnen- en buitenkant van de cel. Bloed is een meer verdunde oplossing dan het cytoplasma van de cel, dus water zal door de celwand heen komen. Hetzelfde geldt voor voedingsstoffen en mineralen, die ook door osmose worden overgedragen.
Mensen hebben de mogelijkheden van osmose al sinds de oudheid onderkend, door het te gebruiken om voedsel te conserveren. De ouden zagen dat het toevoegen van zout of suiker water uit weefsels verwijdert. In die tijd werd het proces ‘imbibitie’ genoemd, vanwege het feit dat oplosmiddelen als zout en suiker het water aantrokken uit het materiaal dat zij aanraakten.
Wat is het verschil tussen osmose en diffusie
Diffusie en osmose zijn beide passieve transportprocessen, wat betekent dat ze geen energie-input nodig hebben om stoffen te verplaatsen. Beide processen zijn essentieel voor de goede werking van biologische processen, zoals het transport van water of voedingsstoffen tussen cellen.
Het belangrijkste verschil tussen de twee is dat diffusie in elk mengsel kan optreden, zelfs wanneer twee oplossingen niet door een semipermeabel membraan worden gescheiden, terwijl osmose uitsluitend over een semipermeabel membraan plaatsvindt.
Diffusie maakt de samenstelling van de lucht uniform door chemische soorten, zoals zuurstof in de lucht, te herverdelen totdat evenwicht is bereikt: met andere woorden, totdat de concentratiegradiënt – het verschil in concentratie tussen twee gebieden – is opgeheven. Als de concentratie van een soort aanvankelijk niet uniform is, zal diffusie na verloop van tijd een massa-overdracht veroorzaken ten gunste van een meer uniforme concentratie.
Bottom line: osmose – de natuurlijke beweging van water in een oplossing door een semi-permeabel membraan – staat centraal in de hele biologie. Het is een passief transportproces zoals diffusie, maar de twee zijn verschillend.