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Umkehrosmose
Wirkungsweise
Osmose bzw. osmotischer Druck nennt man diejenige treibende Kraft, mit deren Hilfe sich der Konzentrationsausgleich zwischen zwei Lösungen unterschiedlicher Konzentration über eine halbdurchlässige Membran vollzieht. Die Membran (semipermeable Membran) ist so beschaffen, dass zwar die Wassermoleküle die Membran passieren können, aber z.B. die gelösten Salze durch diese nicht hindurch treten können.
Der Treibdruck ist proportional zum Konzentrationsunterschied. Eine ideale halbdurchlässige Membran hält Salze einer Lösung (z.B. zu entsalzendes Rohwasser) zurück und lässt das Lösungsmittel (z.B. reines salzfreies Wasser) passieren. Dieser Vorgang kann bei diesem System umgekehrt werden, in dem man auf der Seite der höheren Konzentration einen höheren Druck aufwendet, als er dem osmotischen Druck dieser Lösung entspricht. Dieser Vorgang wird deshalb als „Umkehr-Osmose“ bezeichnet. Osmose ist also die einseitige Diffusion von Lösungsmittelmolekülen durch eine semipermeable (halbdurchlässige) Trennwand (Membran), an die zwei Lösungen unterschiedlicher Konzentration oder eine Lösung und das Lösungsmittel angrenzen.
Die Brown’sche Molekularbewegung ist die Ursache für die Diffusion und den sich daraus ergebenden Konzentrations-ausgleich des Lösungsmittels. Die geringe Porenweite der Membran lässt nur Lösungsmittelmoleküle (Wassermoleküle) passieren. Die gelösten Stoffe sind mit Solvathüllen (Hydrathüllen) umgeben und können infolge ihrer Grösse nicht durch die Membran gelangen. Da die konzentriertere Lösung weniger Lösungsmittel enthält, werden Lösungsmittelmoleküle in diesem Bereich durch die Membran diffundieren. Es kommt zu einer Druckerhöhung. Dieser messbare hydrostatische Druck wird als osmotischer Druck p bezeichnet. Er stellt in anschaulicher Form ein Mass für das „Verdünnungsbestreben“ einer Lösung dar. Er steigt mit der Konzentration c und der Temperatur T einer Lösung. Trennt man zwei unterschiedlich konzentrierte Lösungen durch eine einseitig durchlässige Membran, so drängt die höher konzentrierte Flüssigkeit danach, sich zu verdünnen. Dabei fliessen Moleküle der schwächer konzentrierten Flüssigkeit solange durch die Membran, bis die Konzentrationen gleich sind. Es werden nur Moleküle bis zu einer bestimmten Gröse durchgelassen. Der Druck, den die höher konzentrierte Lösung erzeugt, wird osmotischer Druck genannt. Dieses Prinzip wird in der Natur z.B. beim Stoffwechsel von Zellen praktiziert. Bei der Umkehrosmose wird auf der Seite der höher konzentrierten Lösung ein so hoher Druck erzeugt, dass das Lösungsmittel (Wasser) in nunmehr umgekehrter Richtung durchgelassen wird. Der Hauptteil der Wasserfracht, organische Verbindungen, Schwermetalle, Bakterien, Viren und sogar radioaktive Substanzen werden von der Membran der beschriebenen Geräte zurückgehalten.