Förstå diffusion och osmos

Diffusion är det kemiska fenomen som innebär att molekyler och dess beståndsdelar av sig själva söker sig från ställen med hög koncentration till ställen med lägre, för att på så vis utjämna koncentrationen. Blandar man en saltvattenlösning med mycket salt i, med en annan saltvattenlösning med lite mindre salt i, kommer koncentrationen i blandningen att bli något mellan de bådas. Det som har hänt är då att både saltjoner och vattenmolekyler har vandrat från ställen där de finns av hög koncentration till där de finns av lägre koncentration.
Osmos är ett specialfall av diffusion, där diffusionen sker genom ett filter som låter vatten passera, men inte ämnen som är lösta i vattnet, till exempel salt. Eftersom bara vattnet kan diffundera genom filtret kan koncentrationsutjämningen mellan de två sidorna av filtret bara ske genom att vatten vandrar till den sidan där högst koncentration av det lösta ämnet finns.
Korvskinn kan fungera som ett sådant filter. Det gör att kokkorv, som innehåller salt, och som ligger i osaltat vatten kommer att suga åt sig vatten, med vattnig och uppsvälld korv som följd. Inte så där jättebra!
Denna praktiska kunskap om diffusion och osmos kan ofta räcka för att förstå varför man bör göra på vissa sätt när man lagar mat, till exempel varför man bör värma korv i saltat vatten. Men vill man veta hur det fungerar, ja då får man fortsätta läsa nedan!

 

catosmosis

Varför uppstår diffusion?

Gas- och vätskemolekyler rör sig hela tiden slumpmässigt åt olika håll. På ett ställe där det är många molekyler kommer de att krocka med varandra och byta riktning och kanske då krocka med andra molekyler. Till slut kommer denna slumpmässiga vandring i kombination med molekylernas krockar göra att molekylerna sprider sig ganska jämt i det utrymme de finns. Om man funderar lite på det så kan man inse att resultatet blir att molekylerna vandrar från ställen av hög koncentration, till ställen där koncentrationen är längre.
Intuitivt kan man tänka på att om man släpper in luft i en lufttom behållare så känns det ganska naturligt att luften kommer att sprida sig jämnt i hela behållaren.

Samma regler gäller även om man blandar in en viss sorts molekyler i en behållare där det redan finns en annan sorts molekyler. Efter ett tag kommer de genom krockar och slumpmässig vandring att ha blandat sig med varandra så väl att koncentrationen av den inblandande molekylen är lika stor i hela behållaren. Blandar man till exempel salt i en behållare med vatten, så kommer vattnet efter en stund att vara precis lika salt överallt.
Vill man vara snofsig kan man alltså kalla detta fenomen för “diffusion”

Vad är osmos?

Tänk nu att behållaren man använder är en vanlig skål och att man delar av skålen i en höger- och en vänstersida med ett filter. Filtret har filterhål som lätt släpper genom båda typerna av molekyler. Sedan häller man i en viss koncentration av molekylblandningen i vänstersidan, och en annan koncentration av molekylblandningen på högersidan. Resultatet efter ett tag kommer att vara att molekylblandningen har samma koncentration på båda sidor. Det blir så förstås eftersom båda molekylerna kan passera (diffundera) obehindrat genom filtret. Återigen är resultatet att vandringen av molekyler har skett från där de finns av hög koncentration, till ställen där de finns av lägre koncentration. Detta gäller båda molekylerna, det spelar egentligen ingen roll vilken som är blandat med vilken.

inte osmos

Om filtret släpper genom både blå och röda molekyler, kommer båda sorterna att vandra. Vandringen sker från där det finns flest till där det finns färre, allt för att utjämna koncentrationen.
I slutändan blir både koncentrationen och mängden molekyler lika på båda sidorna.

Om experimentet genomförs genom att använda olika koncentrationer av saltvatten, betyder det att vattenmolekyler kommer att vandra från den saltlösning där det finns högst andel vattenmolekyler, medan saltjoner kommer att vandra från den saltlösning med högst saltkoncentration.

Om man gör om samma experiment men byter ut filtret mot ett som bara släpper genom den ena sortens molekyler, vad händer då? Jo, den molekyl som fortfarande kan röra sig fritt kommer att vandra från där den finns av hög koncentration till där dess koncentration är lägre. Detta sker både på grund av diffusion som ovan, men påverkas också av den andra molekylsorten, den som hindras av filtret. När den senare möter filtret och studsar tillbaka kommer den nämligen med viss sannolikhet att i sin tur träffa och knuffa iväg en molekyl av den första sorten som i annat fall varit i rätt läge för att diffundera.
Vandringen kommer precis som innan att fortsätta tills koncentrationen av molekyler är lika stor på båda sidor av filtret. Men eftersom det i detta fall bara vandrar molekyler från ena sidan till den andra kommer resultatet bli att det finns olika många molekyler på de olika sidorna av filtret! I vårt saltlösningsexempel, med ett filter som bara släpper genom vatten, kommer det alltså i slutändan vara samma koncentration av saltlösning på båda sidor filtret, men olika mängd vätska!

Osmos

Osmos. Om filtret bara släpper genom blå molekyler kommer dessa att vandra för att utjämna koncentrationen.
Eftersom de röda molekylerna inte kan vandra genom filtret, kommer mängden molekyler på sidorna inte bli samma.

Imponerande resultat! Bara ett problem … I vår experimentuppställning kommer tyvärr antagligen tyngdkraften att påverka vätskorna och hindra dem från att få olika mätbar volym … Men var viktigare är, i verkliga livet, alltså i mat och råvaror, finns det många ställen där det fungerar precis enligt teorin, och det är alltså det som är osmos!
För att återknyta till inledningen kan man förhoppningsvis förstå vad som händer med kokkorven. Korvskinnet fungerar alltså som filtret som låter vatten, men inte salt, att diffundera till andra sidan. På ena sidan korvskinnet finns korven som innehåller en rätt hög koncentration av salt, och på andra sidan finns bara vatten utan något salt alls. Vatten kommer då att diffundera från kokvattensidan till korvsidan, vilket går bra, och salt kommer vilja diffundera från korvsidan ut till vattnet, vilket inte alls går eftersom korvskinnet hindrar det! Nettoresultatet? Uppsvälld, vattning korv!

Och till slut, filtret som bara släpper genom vatten men inte saltet som är löst i vattnet, kallas på kemispråk för en “semipermeabel membran”, och definition av osmos kan sägas vara “diffusionen av vatten genom en semipermeabel membran”.

Och så en sak till förresten … att katten på bilden skulle lära sig genom osmos är per definition fel; osmos är diffusion av vatten, det katten sysslar med är diffusion av kunskap! Fast det låter kanske inte lika bra …

Jöns
Jöns gillar att veta varför man ska göra saker på ett visst sätt. Och så gillar han kaffe. Och gasbrännare.