Diffusion und Osmose sind beide passive Transportprozesse, dh sie erfordern keinen Energieeintrag Substanzen bewegen. Beide Prozesse sind für das reibungslose Funktionieren biologischer Prozesse wie den Transport von Wasser oder Nährstoffen zwischen Zellen von wesentlicher Bedeutung.
Der Hauptunterschied zwischen beiden besteht darin, dass in jeder Mischung eine Diffusion auftreten kann, selbst wenn zwei Lösungen werden nicht durch eine semipermeable Membran getrennt, wohingegen die Osmose ausschließlich über eine semipermeable Membran erfolgt.
Es gibt tatsächlich drei Arten von passiven Transportprozessen. Neben Diffusion und Osmose gibt es auch Erleichterte Diffusion Während Diffusion und Osmose beim Transport von Substanzen keine Proteine beinhalten, benötigt die erleichterte Diffusion die Unterstützung von Proteinen.
Was ist Diffusion?
Diffusion ist die passive Bewegung von Molekülen aus einem Bereich mit hoher Konzentration der Moleküle in einen Bereich mit eine geringere Konzentration. Innerhalb von Zellen ist Diffusion der Transport kleiner Moleküle durch die Zellmembran.
Moleküle sind immer in Bewegung. Die Temperatur, eine physikalische Qualität, auf die sich Menschen in ihrem täglichen Leben häufig beziehen, steht in direktem Zusammenhang mit der molekularen Bewegung. Es ist ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie der Moleküle in einem Material. Die Energie der Moleküle verursacht eine zufällige Bewegung, die wiederum die Diffusion auslöst. Kollisionen zwischen Molekülen sind häufig: Selbst in der Luft bei atmosphärischem Druck kollidiert ein Molekül alle paar Nanosekunden mit einem Nachbarn.
Überall auf dem Planeten hat die Luft in der Atmosphäre die gleiche Zusammensetzung und besteht aus Stickstoff (78%), Sauerstoff (ca. 21%) und Argon (fast 1) %) und andere Gase wie CO2, die in winzigen Mengen vorhanden sind (aber immer noch ausreichen, um den Planeten mit einer Beschleunigungsrate zu erwärmen).
Durch Diffusion wird die Luftzusammensetzung durch Umverteilung chemischer Spezies wie Sauerstoff in der Erde gleichmäßig Luft, bis das Gleichgewicht erreicht ist: Mit anderen Worten, bis der Konzentrationsgradient – der Konzentrationsunterschied zwischen zwei Bereichen – beseitigt ist. Wenn die Konzentration einer Spezies anfänglich nicht gleichmäßig ist, führt die Diffusion im Laufe der Zeit zu einem Stoffübergang zugunsten einer gleichmäßigeren Konzentration.
Sobald sich die Moleküle im Gleichgewicht befinden, hört sie nicht auf, weil ihre kinetische Energie dieselbe ist . Es gibt jetzt eine gleiche Bewegung der chemischen Spezies in beide Richtungen.
Die Faktoren, die die Diffusion beeinflussen, sind:
- Konzentrationsgradient;
- Temperatur;
- Entfernungsteilchen müssen sich bewegen.
Schauen wir uns einige Beispiele für Diffusion in Aktion an. Wenn Sie Parfüm in einen Raum sprühen, riecht es für eine Weile angenehm, aber im Laufe der Zeit verteilt die Diffusion die Geruchsmoleküle, bis ihre Konzentration für die menschliche Nase nicht mehr wahrnehmbar ist. Das Eintauchen von Lebensmittelfarbe in eine Tasse Wasser, wodurch sich die Farbe des gesamten Lösungsmittels (Wasser) ändert, ist ein weiteres gutes Beispiel für die Diffusion.
Die Diffusion ist ein weit verbreiteter und wichtiger Prozess für sowohl nicht lebende als auch lebende Systeme. Um in eine Zelle ein- und auszusteigen, müssen Substanzen wie Wasser oder Nährstoffe die semipermeable Membran passieren. Die Diffusion ist einer der Prozesse, die dies ermöglichen. Eine semipermeable oder selektiv durchlässige Membran ist eine Membran, durch die einige Substanzen leicht hindurchtreten können, während andere Substanzen sehr langsam oder gar nicht durchlaufen.
Da die Diffusion unter verschiedenen Bedingungen erfolgt, klassifizieren Wissenschaftler verschiedene Arten von Diffusion.
- Einfache Diffusion ist die häufigste Art der Diffusion, bei der Substanzen ohne die Hilfe von Proteinen transportiert werden.
- Die erleichterte Diffusion erfordert Transportproteine, um Substanzen über eine Zelle zu diffundieren Membran.
- Dialyse ist die Diffusion von gelösten Stoffen über eine selektiv durchlässige Membran.
- Osmose wird üblicherweise als Diffusion von Wasser, dem Lösungsmittel der Wahl in allen lebenden Systemen, über eine selektiv definierte Membran definiert durchlässige Membran.
Was ist Osmose?
Osmose, eine Art Diffusion, repräsentiert die Bewegung von Wasser über eine teilweise durchlässige Membran von einem Bereich mit hoher Wasserkonzentration zu einem Bereich von niedriger Wasserkonzentration.
Osmose findet in allen Zellen statt. Wenn rote Blutkörperchen beispielsweise in Wasser gelegt werden, lassen sie das Wasser durch ihre Membran kriechen. In einer konzentrierten Zuckerlösung schrumpfen die roten Blutkörperchen tatsächlich, da das Wasser durch Osmose in Richtung des Bereichs mit niedrigerer Wasserkonzentration austritt. Aus diesem Grund erscheinen die Zellen bei Betrachtung durch ein Mikroskop faltig. Glücklicherweise geschieht dies nie im Körper, da die Nieren sicherstellen, dass die Konzentration des Blutes in etwa der Konzentration der Lösung innerhalb der roten Blutkörperchen entspricht.
Im Gegensatz zu roten Blutkörperchen haben Pflanzenzellen eine weitaus stärkere und steifere Zellwand an der Außenseite der Zellmembran. Dadurch können die Pflanzenzellen durch Osmose mehr Wasser aufnehmen, ohne zu platzen. Ohne Osmose könnten Pflanzen kein Wasser aus dem Boden aufnehmen. Wenn mehr Wasser absorbiert wird, wird die Zelle selbst aufgrund des Drucks starr – dies ist sehr nützlich, da Pflanzen keine Skelette haben. Wenn Pflanzenzellen durch Osmose zu viel Wasser verlieren, werden sie weniger steif und schließlich schrumpft die Zellmembran von der Zellwand weg.
Wenn Osmose verwendet wird, um Konzentrationen auf beiden Seiten der Membran auszugleichen, übt sie eine Kraft aus, die als osmotischer Druck bezeichnet wird. Stellen Sie sich zum Beispiel zwei Kompartimente in einem Tank vor, die durch eine semipermeable Membran getrennt sind, durch die nur Wassermoleküle hindurchtreten können. Ein Fach ist mit einer Salzlösung gefüllt, während das andere angrenzende Fach eine reine Wasserlösung ist. Das Gleichgewicht kann nur erreicht werden, indem Wasser aus dem Reinwasserraum in den Salzwasserraum transportiert wird. Dabei erhöht die Osmose den Flüssigkeitsstand im Salzwasserkompartiment, bis ein ausreichender Druck, der durch den Füllstandsunterschied zwischen den beiden Kompartimenten verursacht wird, die Prozesse stoppt. Der Druck, der erforderlich ist, um dieses Gleichgewicht zu erreichen, wird als osmotischer Druck bezeichnet.
Es gibt auch eine Umkehrosmose, bei der es sich buchstäblich um den umgekehrten Prozess der Osmose handelt, bei dem das Lösungsmittel aus dem hohen Konzentrat in das Gleichgewicht herausfiltert niedrigere Konzentratlösung. Mit anderen Worten, anstatt in beiden Lösungen ein gleiches Gleichgewicht zwischen Lösungsmittel und gelöstem Stoff anzustreben, trennt die Umkehrosmose den gelösten Stoff vom Lösungsmittel.
Die Umkehrosmose ist sehr praktisch für Anwendungen wie die Wasserentsalzung (Entfernen von Salz aus Meerwasser). . Weltweit gibt es mittlerweile weltweit über 13.000 Entsalzungsanlagen. Bei der Umkehrosmose kehren wir den Prozess (im wahrsten Sinne des Wortes) nur um, indem wir unseren Lösungsmittelfilter aus unserem Hochkonzentrat in die Lösung mit dem niedrigeren Konzentrat verwandeln. Anstatt in beiden Lösungen ein gleiches Gleichgewicht zwischen Lösungsmittel und gelöstem Stoff herzustellen, wird der gelöste Stoff abgetrennt aus dem Lösungsmittel.