Welke fysica zit er achter osmose?

Aslan, 22 jaar
15 februari 2016

Wat is de fysische verklaring voor osmose, waarom gebeurt het? Welke krachten zijn er of heeft het meer met energie te maken? Zoals met alles speelt entropie waarschijnlijk hier ook een rol, maar is dat de belangrijkste reden? Heeft Bernoulli's vergelijkingen er iets mee te maken? Ik snap gewoon niet hoe verschil in concentraties zoiets kan doen als water aanzuigen.

Antwoord

Microscopisch gezien kan je dit als volgt begrijpen:

De deeltjes (zowel van de vloeistof als van de opgeloste stof) staan niet stil maar bewegen willekeurig heen en weer -- dit noemen we warmte. Daarbij botsen die deeltjes op elkaar -- dit noemen we druk (en die neemt voor een gegeven volume toe met stijgende temperatuur omdat de bewegingen sterker worden, dus gebeuren er meer botsingen). De deeltjes van de opgeloste stof kunnen niet door de wand en botsen dus ook soms tegen de wand, in plaats van tegen deeltjes van de vloeistof.

Beschouw nu het volume met hoge concentratie. De deeltjes botsen dus veel vaker tegen de wand, gewoon omdat er minder kans is om een vloeistof-deeltje tegen te komen. Wanneer ze dit doen, botsen ze terug en duwen ze de vloeistof-deeltjes weg van de wand. Andersom, in het volume met kleine concentratie, zijn er maar weinig deeltjes die niet door de wand kunnen en er tegen botsen; dus het gebeurt minder vaak dat een deeltje terugbotst van de wand en de vloeistof ervan wegduwt.
Netto zorgt dat ervoor dat vloeistofdeeltjes vanuit de lage concentratie makkelijker door de wand kunnnen dan vanuit de hogere concentratie. Dus het verschil in de voorwaarden gewoon voor de willekeurige bewegingen van de vloeistof-deeltjes aan beide kanten, zorgt ervoor dat de vloeistof meer kans heeft om naar de hogere concentratie te gaan.

Dit soort uitleg, gebaseerd op "wat het vaakst zou gebeuren onder kleine willekeurige bewegingen", noemen we een uitleg volgens de statistische fysika. De wetten van de termodynamica zijn af te leiden uit de statistische fysika, en in die zin zou men dan inderdaad zeggen dat entropie een rol speelt (een situatie met gelijke concentraties is dus "meer chaotisch" dan een situatie met concentratie-verschil). Een uitleg op basis van entropie vind ik echter niet altijd "fysich verklarend", want het feite dat entropie toeneemt baseert op niet-triviale wiskundige theorema meer dan op makkelijk voor te stellen krachten en energieën. Entropie is dan eerder een zeer praktische methode voor moeilijke berekeningen.

Bernouilli heeft er direct niets mee te maken.

Reacties op dit antwoord

  • 26/02/2016 - Aslan (vraagsteller)

    Bedankt voor het uitleg, dat was wat ik wou horen, ik begon al te denken dat concentratie een kracht was. Ik wou nog weten of de grootte (dichtheid) van de opgeloste stof dominanter is dan het aantal deeltjes. Concentratie is in aantal deeltjes maar niet in de dichtheid, maar een grootte molecule zou meer energie hebben om het water terug te duwen. Hoe/wanneer is een stof opgelost? Hoe ziet een opgeloste stof uit? Bv zand in water is niet opgelost en zou dus niet bijdrage aan concentratie verschil Speelt zwaartekracht een rol in osmose? Ik had onlangs een beetje met druk formule gespeeld en zag dat osmose zwaartekracht onafhankelijk was. Dat zou raar zijn voor de mensen in ISS. Alvast bedankt. Aslan

  • 26/02/2016 - Aslan (vraagsteller)

    Bedankt voor het uitleg, dat was wat ik wou horen, ik begon al te denken dat concentratie een kracht was. Ik wou nog weten of de grootte (dichtheid) van de opgeloste stof dominanter is dan het aantal deeltjes. Concentratie is in aantal deeltjes maar niet in de dichtheid, maar een grootte molecule zou meer energie hebben om het water terug te duwen. Hoe/wanneer is een stof opgelost? Hoe ziet een opgeloste stof uit? Bv zand in water is niet opgelost en zou dus niet bijdrage aan concentratie verschil Speelt zwaartekracht een rol in osmose? Ik had onlangs een beetje met druk formule gespeeld en zag dat osmose zwaartekracht onafhankelijk was. Dat zou raar zijn voor de mensen in ISS. Alvast bedankt. Aslan

  • 26/02/2016 - Alain (wetenschapper)

    Ik kan hier niet in detail op al uw vragen antwoorden, enkele dingen zijn: * Een grotere molecule heeft niet meer energie, want op gegeven temperatuur zal die ook trager bewegen. "Temperatuur" meet precies de energie van de willekeurige microscopische bewegingen. Daarom is het aantal deeltjes belangrijker. * Osmose kan gezien worden als iets dat water in één richting duwt (waar er dus een hogere concentratie is). Wanneer er geen zwaartekracht is, beperkt niets anders die beweging -- dus vloeit het water totdat er op de twee kanten dezelfde concentratie is. Wanneer er wél zwaartekracht is, dan duwt die water terug van waar het hoger staat. Er ontstaat een evenwicht tussen de druk van de osmose, om meer water naar de hogere concentratie te duwen, en de zwaartekracht die er tegen werkt dat op één kant het water hoger staat. Water vloeit dan niet totdat concentratie gelijk is, noch totdat de hoogte op beide kanten gelijk is: omdat die twee situaties niet compatibel zijn, blijft het staan op een tussen-situatie met iets hoger water op een iets meer geconcentreerde kant dan de andere.

Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.

Zoek andere vragen

© 2008-2022
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door het
Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen