Diffusion und Osmose

Osmose ist das Ergebnis der Diffusion über eine semipermeable Membran. Wenn zwei Lösungen unterschiedlicher Konzentration durch eine semipermeable Membran getrennt sind, neigt das Lösungsmittel dazu, über die Membran von der weniger konzentrierten zur stärker konzentrierten Lösung zu diffundieren. Dieser Vorgang wird Osmose genannt . Auf zellulärer Ebene sind beide Prozesse Arten des passiven Transports.

Semipermeable Membranen sind sehr dünne Materialschichten, durch die kleine Moleküle wie Sauerstoff, Wasser, Kohlendioxid, Ammoniak, Glucose, Aminosäuren usw. hindurchtreten können. Sie lassen jedoch keine größeren Moleküle wie Saccharose, Protein usw. durch.

Vergleichstabelle

Vergleichstabelle Diffusion versus Osmose
Diffusion Osmose
Was ist es?Die Diffusion ist eine spontane Bewegung von Partikeln aus einem Bereich hoher Konzentration in einen Bereich niedriger Konzentration. (z. B. Teearoma, das sich von einem Bereich mit hoher zu niedriger Konzentration in heißem Wasser bewegt.)Osmose ist die spontane Nettobewegung von Wasser über eine semipermeable Membran von einem Bereich niedriger Konzentration gelöster Stoffe zu einer konzentrierten Lösung bis zu einem Konzentrationsgradienten. Dies gleicht die Konzentrationen auf beiden Seiten der Membran aus.
ProzessDie Diffusion erfolgt hauptsächlich im gasförmigen Zustand oder innerhalb von Gasmolekülen und flüssigen Molekülen (z. B. sind die Moleküle von 2 Gasen in ständiger Bewegung, und wenn die sie trennende Membran entfernt wird, mischen sich die Gase aufgrund zufälliger Geschwindigkeiten.)Es tritt auf, wenn das die Zelle umgebende Medium eine höhere Wasserkonzentration als die Zelle aufweist. Die Zelle gewinnt Wasser zusammen mit wichtigen Molekülen und Partikeln für das Wachstum. Es tritt auch auf, wenn sich Wasser und Partikel von einer Zelle zur anderen bewegen.
BedeutungEnergie erzeugen; Hilft beim Austausch von Gasen während der Atmung, Photosynthese und Transpiration.Bei Tieren beeinflusst die Osmose die Verteilung von Nährstoffen und die Freisetzung von Stoffwechselabfällen. In Pflanzen ist die Osmose teilweise für die Aufnahme von Bodenwasser und für die Erhöhung der Flüssigkeit zu den Blättern der Pflanze verantwortlich.
KonzentrationsgradientGeht von einem hohen Konzentrationsgradienten zu einem niedrigen KonzentrationsgradientenVerschiebt den Konzentrationsgradienten nach unten
WasserBenötigt kein Wasser für die BewegungBenötigt Wasser für Bewegung
BeispieleParfüm oder Lufterfrischer, bei dem die Gasmoleküle in die Luft diffundieren und das Aroma verbreiten.Bewegung von Wasser in Wurzelhaarzellen.

Prozess der Osmose vs. Diffusion

Der Diffusionsprozess. Einige Partikel (rot) werden in einem Glas Wasser gelöst. Anfangs befinden sich alle Partikel in der Nähe einer Ecke des Glases. Wenn sich die Partikel alle zufällig im Wasser bewegen ("diffus"), werden sie schließlich zufällig und gleichmäßig verteilt.

Diffusion tritt auf, wenn die spontane Nettobewegung von Partikeln oder Molekülen sie durch eine semipermeable Membran von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration ausbreitet. Es ist einfach das statistische Ergebnis einer zufälligen Bewegung. Mit fortschreitender Zeit nimmt der unterschiedliche Konzentrationsgradient zwischen hoch und niedrig ab (wird zunehmend flacher), bis die Konzentrationen ausgeglichen sind.

Die Diffusion erhöht die Entropie (Zufälligkeit), verringert die freie Gibbs-Energie und ist daher ein klares Beispiel für die Thermodynamik. Die Diffusion arbeitet innerhalb der Grenzen des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik, weil sie die Tendenz der Natur zeigt, sich zu "entspannen" und einen Zustand weniger konzentrierter Energie zu suchen, was durch zunehmende Entropie belegt wird.

Osmose ist der Prozess der Diffusion von Wasser über eine semipermeable Membran. Wassermoleküle können frei in beide Richtungen durch die Zellmembran gelangen, entweder hinein oder heraus, und so reguliert die Osmose unter anderem die Hydratation, den Zufluss von Nährstoffen und den Abfluss von Abfällen.

Osmose in einer Pflanzenzelle

Wenn beispielsweise das die pflanzliche oder tierische Zelle umgebende Medium eine höhere Wasserkonzentration als die Zelle aufweist, gewinnt die Zelle durch Osmose Wasser. Das Gesamtergebnis ist, dass Wasser in die Zelle eindringt und die Zelle wahrscheinlich hydratisiert und quillt. Wenn das Medium eine geringere Wasserkonzentration als die Zelle aufweist, verliert es durch Osmose Wasser, da diesmal mehr Wasser die Zelle verlässt als in die Zelle eindringt. Daher wird die Zelle schrumpfen. Wenn die Wasserkonzentration im Medium genau gleich ist, bleibt die Zelle gleich groß, während das Konzentrationsgleichgewicht erhalten bleibt. In jeder Situation erfolgt die Bewegung des Lösungsmittels von der weniger konzentrierten (hypotonischen) zur stärker konzentrierten (hypertonischen) Lösung, wodurch der Konzentrationsunterschied tendenziell verringert wird (Ausgleich).

Funktionsunterschiede

Während die Osmose die Verteilung von Nährstoffen und die Freisetzung von Stoffwechselabfällen bei Tieren beeinflusst; Bei Pflanzen ist die Osmose teilweise für die Aufnahme von Bodenwasser und für die Erhöhung der Flüssigkeit zu den Blättern der Pflanze verantwortlich.

Die Diffusion kann durch eine Zellmembran erfolgen, und die Membran lässt kleine Moleküle wie Wasser (H 2 O), Sauerstoff (O 2 ), Kohlendioxid (CO 2 ) und andere leicht durch. Während die Osmose den Pflanzen hilft, Wasser und andere Flüssigkeiten aufzunehmen, hilft die Diffusion anderen Molekülen beim Durchgang und erleichtert somit beide den Photosynthesevorgang. Beide Prozesse helfen Pflanzen, Energie und andere wichtige Nährstoffe zu erzeugen.

Verschiedene Arten von Osmose und Diffusion

Osmotische Wirkung verschiedener Lösungen auf Blutzellen

Die zwei Arten von Osmose sind:

  • Umkehrosmose: Der osmotische Druck definiert, an welchem ​​Punkt ein Differenzgradient zwischen hohem und niedrigem gelöstem Stoff die Osmose auslöst. Bei der Umkehrosmose "drückt" ein erhöhter Volumen- oder Atmosphärendruck die höher gelösten Partikel an der Membran vorbei und überwindet die Lücke, die bestehen kann, wenn der osmotische Druck keine Diffusion durch die Membran zulässt. Dieses Verfahren wird häufig verwendet, um Wasser von Verunreinigungen zu filtern, wenn ihre Konzentrationen für eine regelmäßige Osmose zu niedrig sind, aber saubereres Wasser wie bei der Entsalzung und bei pharmazeutischen Operationen immer noch benötigt wird.
  • Vorwärtsosmose : Im Gegensatz zur Umkehrosmose, die von hohen zu niedrigen Konzentrationen reicht, zwingt die Vorwärtsosmose Partikel mit niedrigem gelösten Stoff dazu, sich zu einem höheren gelösten Stoff zu bewegen - im Wesentlichen das Gegenteil des normalen osmotischen Prozesses. Während die Umkehrosmose Partikel "drückt", "zieht" die Vorwärtsosmose sie an, was zu sauberem Wasser führt.

Die Arten der Diffusion sind:

  • Oberflächendiffusion : Wird gesehen, nachdem pulverförmige Substanzen auf die Oberfläche einer Flüssigkeit getropft wurden.
  • Brownsche Bewegung : Die zufällige Bewegung, die unter einem Mikroskop beobachtet wird, wenn Partikel in einer Flüssigkeit überspringen, rutschen und schießen.
  • Kollektive Diffusion : Die Diffusion einer großen Anzahl von Partikeln innerhalb einer Flüssigkeit, die intakt bleiben oder mit anderen Partikeln interagieren.
  • Osmose : Die Diffusion von Wasser durch eine Zellmembran.
  • Erguss : Passiert, wenn sich ein Gas durch kleine Löcher verteilt.
  • Elektronendiffusion : Die Bewegung von Elektronen, die zu elektrischem Strom führt.
  • Erleichterte Diffusion : Spontaner passiver Transport von Ionen oder Molekülen durch eine Zellmembran (anders, weil er außerhalb der aktiven Phase der Osmose oder intrazellulären Diffusion stattfindet).
  • Gasdiffusion : Wird hauptsächlich mit Uranhexafluorid zur Herstellung von angereichertem Uran für Kernreaktoren und Waffen verwendet.
  • Knudsen-Diffusion : Ein variables Maß für die Partikelinteraktivität innerhalb einer Membranpore, bezogen auf die Partikelgröße sowie die Länge und den Durchmesser der Pore.
  • Impulsdiffusion : Die Impulsverteilung zwischen Partikeln hauptsächlich in Flüssigkeiten, beeinflusst durch die Viskosität der Flüssigkeit (höhere Viskosität = höhere Impulsdiffusion).
  • Photonendiffusion : Bewegung von Photonen innerhalb eines Materials, dann Streuung, wenn sie von unterschiedlichen Dichten innerhalb des Materials abprallen. Wird in medizinischen Tests als diffuse optische Bildgebung verwendet.
  • Umkehrdiffusion : Ähnlich wie bei der Vorwärtsosmose, wobei sich die niedrige Konzentration zu hoch bewegt, bezieht sich jedoch auf eine Trennung von Partikeln, nicht nur von Wasser.
  • Selbstdiffusion : Ein Koeffizient, der misst, wie viel Diffusion ein Partikeltyp hat, wenn der chemische Gradient Null ist (neutral oder ausgeglichen).

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