Diffusie en osmose zijn beide passieve transportprocessen, wat betekent dat ze geen energie-input nodig hebben om stoffen verplaatsen. Beide processen zijn essentieel voor het goed functioneren 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 als er twee oplossingen worden niet gescheiden door een semipermeabel membraan, terwijl osmose uitsluitend plaatsvindt over een semipermeabel membraan.
Er zijn eigenlijk drie soorten passieve transportprocessen. Naast diffusie en osmose is er ook vergemakkelijkte diffusie. Hoewel bij diffusie en osmose geen eiwitten betrokken zijn bij het transporteren van stoffen, heeft gefaciliteerde diffusie de hulp van eiwitten nodig.
Wat is diffusie?
Diffusie is de passieve beweging van moleculen van een gebied met een hoge concentratie van de moleculen naar een gebied met een lagere concentratie. In cellen is diffusie het transport van kleine moleculen door het celmembraan.
Moleculen zijn altijd in beweging. Temperatuur, een fysieke kwaliteit waar mensen vaak naar verwijzen in hun dagelijks leven, houdt rechtstreeks verband met moleculaire beweging. Het is een maat voor de gemiddelde kinetische energie van de moleculen in een materiaal. De energie van de moleculen veroorzaakt willekeurige bewegingen die op hun beurt diffusie triggeren. Botsingen tussen moleculen komen vaak voor: zelfs in de lucht bij atmosferische druk botst een molecuul elke paar nanoseconden met een buurman.
Over de hele planeet heeft de lucht in de atmosfeer dezelfde samenstelling en bestaat uit stikstof (78%), zuurstof (ongeveer 21%), argon (bijna 1 %), en andere gassen zoals CO2 die in minieme hoeveelheden aanwezig zijn (maar nog steeds genoeg om de planeet in een versneld tempo op te warmen).
Diffusie maakt de luchtsamenstelling uniform door chemische stoffen, zoals zuurstof in de lucht, 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 massaoverdracht veroorzaken ten gunste van een meer uniforme concentratie.
Eenmaal in evenwicht stopt de beweging van moleculen niet omdat hun kinetische energie hetzelfde is . Er is nu een gelijke beweging van chemische soorten in beide richtingen.
De factoren die de diffusie beïnvloeden zijn:
- concentratiegradiënt;
- temperatuur;
- afstand die deeltjes moeten afleggen.
Laten we eens kijken naar enkele voorbeelden van diffusie in actie. Door parfum in een kamer te sproeien, ruikt het een tijdje lekker, maar na verloop van tijd zal diffusie de geurmoleculen verspreiden totdat hun concentratie niet meer waarneembaar is voor de menselijke neus. Voedselkleurstof in een kopje water laten vallen, waardoor de kleur van het hele oplosmiddel (water) verandert, is een ander geweldig voorbeeld van diffusie.
Diffusie is een wijdverbreid en belangrijk proces voor zowel niet-levende als levende systemen. Om een cel binnen te gaan en te verlaten, moeten stoffen zoals water of voedingsstoffen door het semipermeabele membraan gaan. Diffusie is een van de processen die dit mogelijk maken. Een semipermeabel of selectief permeabel membraan is een membraan dat sommige stoffen gemakkelijk doorlaat, terwijl andere stoffen er heel langzaam of helemaal niet doorheen gaan.
Aangezien diffusie plaatsvindt onder verschillende omstandigheden, classificeren wetenschappers verschillende soorten diffusie.
- Eenvoudige diffusie is de meest voorkomende vorm van diffusie, waarbij stoffen worden getransporteerd zonder de hulp van eiwitten.
- Gefaciliteerde diffusie vereist transporteiwitten om stoffen door de cellen van een cel te verspreiden. membraan.
- Dialyse is de diffusie van opgeloste stoffen door een selectief permeabel membraan.
- Osmose wordt gewoonlijk gedefinieerd als de diffusie van water, het oplosmiddel bij uitstek in alle levende systemen, over een selectief permeabel membraan.
Wat is osmose
Osmose, een soort diffusie, vertegenwoordigt de beweging van water over een gedeeltelijk doorlatend membraan, van een gebied met een hoge waterconcentratie naar een gebied met een lage waterconcentratie.
Osmose vindt plaats in alle cellen. Wanneer ze bijvoorbeeld in water worden geplaatst, laten rode bloedcellen het water door hun membraan kruipen. Wanneer geplaatst in een geconcentreerde suikeroplossing, krimpt de rode bloedcel eigenlijk omdat het water door osmose naar het gebied met een lagere waterconcentratie beweegt. Dit is de reden waarom de cellen er gerimpeld uitzien als ze door een microscoop worden bekeken. Gelukkig gebeurt dit nooit in het lichaam, omdat de nieren ervoor zorgen dat de concentratie van het bloed ongeveer gelijk blijft aan de concentratie van de oplossing in de rode bloedcel.
In tegenstelling tot rode bloedcellen hebben plantencellen een veel sterkere en stijvere celwand aan de buitenkant van het celmembraan. Hierdoor kunnen de plantencellen door osmose meer water opnemen zonder te barsten. Zonder osmose zouden planten geen water uit de bodem kunnen opnemen. Naarmate er meer water wordt opgenomen, wordt de cel zelf stijf door de druk – dit is erg handig omdat planten geen skeletten hebben. Als plantencellen te veel water verliezen door osmose, worden ze minder stijf en uiteindelijk krimpt het celmembraan weg van de celwand.
Wanneer osmose wordt gebruikt om concentraties aan beide zijden van het membraan gelijk te maken, oefent het een kracht uit die osmotische druk wordt genoemd. Stel je bijvoorbeeld twee compartimenten in een tank voor, gescheiden door een semipermeabel membraan dat alleen watermoleculen doorlaat. Een compartiment is gevuld met een zoutoplossing, terwijl het andere aangrenzende compartiment een zuivere wateroplossing is. De enige manier om een evenwicht te bereiken is door water van het zuiverwatercompartiment naar het zoutwatercompartiment te transporteren. Daarbij verhoogt osmose het vloeistofpeil in het zoutwatercompartiment totdat voldoende druk veroorzaakt door het niveauverschil tussen de twee compartimenten de processen stopt. De druk die nodig is om dit evenwicht te bereiken, wordt de osmotische druk genoemd.
Er bestaat ook zoiets als omgekeerde osmose, wat letterlijk het omgekeerde proces van osmose is, waarbij het oplosmiddel uit het hoge concentraat filtert in de lagere concentraatoplossing. Met andere woorden, in plaats van te zoeken naar een gelijk evenwicht tussen oplosmiddel en opgeloste stof in beide oplossingen, scheidt omgekeerde osmose de opgeloste stof van het oplosmiddel.
Omgekeerde osmose is erg handig voor toepassingen zoals waterontzilting (zout verwijderen uit zeewater) . Wereldwijd zijn er nu meer dan 13.000 ontziltingsinstallaties in de wereld. Bij omgekeerde osmose keren we (letterlijk) het proces gewoon om door ons oplosmiddelfilter uit ons hoge concentraat en in de lagere concentraatoplossing te maken, dus in plaats van een gelijke balans van oplosmiddel en opgeloste stof in beide oplossingen te creëren, scheidt het opgeloste stof af. uit het oplosmiddel.