Osmotischer Druck

Die Definition

Der osmotische Druck bezeichnet den Druck, den Moleküle durch den Konzentrationsunterschied in einer Lösung aufbauen. Dieser Überdruck presst das Lösungsmittel, zum Beispiel Wasser, durch eine semipermeable Membran. Das Lösungsmittel fließt vom Bereich mit geringerer Teilchenkonzentration durch die halbdurchlässige Membran hindurch zum Bereich mit hohem osmotischen Druck, also damit der höheren Teilchenanzahl. Die Teilchen selbst können die Membran aber nicht passieren.

Folgende drei Bereiche des osmotischen Drucks in Substanzen können unterschieden werden:
– isotonisch: Auf beiden Seiten der Membran herrscht die gleiche Konzentration an osmotisch aktiven Stoffen. Es ist ein Gleichgewicht vorhanden.
– hypotonisch: Auf der einen Seite ist die Konzentration niedriger im Vergleich zur anderen Seite.
– hypertonisch: Auf der einen Seite der Membran ist die Konzentration höher als auf der anderen. Wasser wandert so von einer hypotonischen zur hypertonischen Flüssigkeit.

Ein Beispiel für den osmotischen Druck

Ein Gefäß mit einer NaCl-Lösung (Kochsalz) wird in reines Wasser getaucht. Die Wand des Gefäßes ist eine semipermeable Membran und nur für das gelöste Salz undurchlässig. So wird sich der Druck im Innenraum des Gefäßes mit der Salzlösung durch das Einströmen des Wassers erhöhen. Der so entstehende osmotische Druck ist dem Wassereinstrom entgegengerichtet. Das Gleichgewicht wird erreicht, wenn die Bewegung des Wassers zum Stillstand gekommen ist.

Wo wird der osmotische Druck realisiert?

Osmotischer Druck ist für alle Organismen überlebensnotwendig. Er kommt zum Beispiel in der Biologie zur Regulation der Körperflüssigkeiten eines Organismus zum Einsatz. Seine Aufgabe ist die biologische Homöostase des Wassergehalts, also das Einstellen der optimalen Konzentration gelöster Stoffe im Organismus. Ohne die notwendige Osmose gäbe es Wasserverlust oder auch zu viel Wasser im Körper.

Ob im Wasser oder auf dem Land: Alle Lebewesen müssen die Konzentration von gelösten Stoffen, aber auch den Wassergehalt von Körperflüssigkeiten regulieren, der ihrem Wesen aufgrund ihres DNA-Gencodes entspricht. Dazu werden die unerwünschten Stoffe ausgeschieden. Die Vernichtung von unerwünschten Stoffwechselprodukten im Organismus, aber auch von Hormonen, die im Körper toxisch wirken, ist unerlässlich. Dies ist unter anderem auch abhängig von der Konzentration der Stoffe. Diese Regularien werden als Osmoregulation bezeichnet.

Sehr wichtig ist zum Beispiel auch die Regulierung des Salzgehaltes im Blut. Werden etwa Erythrozytenzellen, das sind die roten Blutkörperchen, in eine hypotonische Lösung, das kann eine Wasserlösung mit einem geringeren osmotischen Druck sein, gegeben, diffundiert das Wasser in die Zellen ein. Die Zunahme des Zellvolumens ist die Folge, auch können die Zellen im Extremfall platzen. Wird eine hypertonische Lösung verwendet wie z. B. eine 5 %ige Kochsalzlösung, diffundiert das Wasser aus der Zelle heraus. Das Zellvolumen nimmt dadurch ab.

Ein ähnlicher Fall ist bei Typ-1-Diabetikern zu beobachten. Durch eine Schädigung von Inselzellen der Bauchspeicheldrüse geht die Insulinproduktion des Körpers stark zurück, so dass der im Blut gelöste Traubenzucker, oder auch Glukose genannt, nicht mehr von Körperzellen aufgenommen werden kann. Durch Überschreitung des Glukosespiegels im Blut sorgt die Niere dafür, dass der Zucker mit dem Urin ausgeschieden wird. Die Glukose besitzt, wie auch Kochsalz, eine stark osmotische Wirkung, das Wasser wird mit dem Zucker durch osmotische Diurese ausgeschieden. Es kommt zu starkem Wasserlassen und auch Durstgefühl. Die osmotische Diurese ist also eine erhöhte Harnproduktion aufgrund des erhöhten osmotischen Druckes in der Niere und den Harnleitern.

Der osmotische Druck kommt aber nicht nur bei tierischem Leben vor, auch bei Pflanzen ist dieser immer präsent. In der Zellbiologie und Pflanzenphysiologie wird der Druck des internen Zellsaftes auf die Zellwände als Turgor oder auch Turgordruck bezeichnet. Auch können Pflanzen Flüssigkeiten aus den Wurzeln in den Spross bis hin in die Spitzen leiten. Dieser Wurzeldruck wird durch Osmose ermöglicht.

In welcher industriellen Branche wird osmotischer Druck benötigt?

Die technischen Einsatzbereiche für den osmotischen Druck sind nahezu unbegrenzt: Unternehmen und Forschungsbereiche, die im Bereich der Fertigung und Forschung der Biologie, Chemie, Biochemie und auch der Physik zu finden sind. Allein schon das Gesundheitswesen ist ein Großanwender des Prinzips: Das Herstellen von Medikamenten, Injektionen, Impfmitteln, Tröpfen, Blutplasma etc. erfordert den Einsatz und die Beherrschung des osmotischen Druckes.