Osmose: een fenomeen aangetoond via een practicum met friet

Osmose is een proces dat zeer aanwezig is in het leven. Hoewel vele mensen deze term niet echt kennen, is het fenomeen toch van enorm belang in het leven. Osmose kan er namelijk voor zorgen dat er schadelijke effecten optreden en kan dus ook gevolgen hebben voor de gezondheid indien men niet goed oppast wat men doet. Het is natuurlijk gemakkelijk om een term te definiëren, maar daardoor is het beschreven fenomeen soms nog niet echt begrepen. Het uitvoeren van een practicum (met friet in dit geval) kan ervoor zorgen dat men het fenomeen van osmose beter begrijpt.

Wat is osmose?

Definitie osmose

Osmose is het verplaatsen van het oplosmiddel door een semi-permeabel membraan van de kant waar de opgeloste stof de laagste concentratie heeft, naar de kant met hogere concentratie. Dit proces komt zeer veel voor in het leven, cellen in het menselijke lichaam maken dagelijks gebruik van dit proces. Water kan dus in en uit deze lichaamscellen vloeien zonder probleem, maar de opgeloste stoffen (zoals zout of suiker bijvoorbeeld) zijn niet in staat om dit te doen. Op deze manier vindt er dus een vorm van scheiding plaats.

Osmotische waarde

De osmotische waarde is de waarde van druk uitgeoefend op het semi-permeabel membraan door de oplossing. De oplossing oefent deze druk uit omdat het de neiging heeft water aan te zuigen door het aantal opgeloste stof in de oplossing. Aangezien er zeer geconcentreerde oplossingen bestaan, kan de osmotische waarde dus ook vrij groot zijn. De osmotische waarde wordt uitgedrukt in Pascal (Pa) aangezien men het over druk heeft. Als men zeewater neemt als voorbeeld, kan men berekenen dat het een osmotische waarde heeft van 3.000.000 Pa.

Osmotische druk

Osmotische druk is niet hetzelfde als de osmotische waarde. De osmotische druk wordt gedefinieerd als het verschil in druk tussen twee oplossingen met een verschil in concentratie opgeloste stof, dit veroorzaakt door het osmose-proces. Een synoniem voor osmotische druk is osmotische potentiaal.

Omgekeerde osmose

Omgekeerde osmose is een proces waarbij het semi-permeabel membraan wordt gebruikt als zevende filter. Men zet de oplossing onder druk van water en het water zal door het semi-permeabel membraan heen worden geperst. De opgeloste (schadelijke) stoffen kunnen hier echter niet door omdat de moleculen te groot zijn. Deze stoffen blijven dus achter op het semi-permeabel membraan of worden afgevoerd. Het water dat door het membraan gefilterd is, is vrij zuiver water en noemt men soms ook wel osmose-water. Een typische toepassing van dit proces, is waterzuivering. Ook het ontzilten van zeewater verloopt op deze manier.

Toepassingen van osmose

Waarom is osmose belangrijk bij medicatie?

Bij het toedienen van medicatie is het belangrijk om de osmotische waarde van een oplossing te kennen. Als de concentratie niet gelijk is aan die van het lichaam, dan treden er osmotische processen op.

Waarom barsten kersen bij regenweer?

Als het regent, dan komt er water op de schil van de kers. De concentratie van verschillende stoffen (onder andere suiker) is hoger in de kers dan in het water op de schil, waardoor er een osmotisch proces optreedt. Het water buiten de schil (= oplosmiddel) dringt door de schil van de kers (= het semi-permeabel membraan), waardoor de druk op de schil van binnenuit te groot wordt en de schil vervolgens barst.

Waarom is zout schadelijk voor de slak?

Als men zout op een slak strooit, is de concentratie zout binnenin de slak veel kleiner dan de concentratie zout buiten de slak (= op de ‘huid’ van de slak), waardoor er een osmotisch proces optreedt. Het water in de slak (= het oplosmiddel) verplaatst zich dan door de ‘huid’ van de slak (= het semi-permeabel membraan), waardoor de slak sterft door uitdroging.

Practicum met friet: aantonen van osmose

Doelstelling van het practicum

De doelstelling van dit practicum is het proberen om de osmotische waarde van aardappels te benaderen door zes frietjes met ongeveer dezelfde massa zo lang mogelijk in zes proefbuizen te brengen met een verschillende concentratie suikeroplossing.

Verwachtingen

De verwachtingen zijn dat de frietjes water zullen opnemen of zullen afgeven, dit naargelang de concentratie van suikerwateroplossing waar de frietjes in geplaatst zullen worden. Dit gebeurt door een osmotisch proces, waardoor de frietjes die water afgeven ook broos worden.

Benodigd materiaal

• aardappel (6 ongeveer even grote frietjes)
• 6 proefbuizen (+ 1 proefbuis voor pipettiperen)
• 1M sacharosenoplossing (= 1M suikerwater)
• 2 pipetten (10 ml)
• weegschaal
• keukenrol
• frietmachine of ‘vite-frite’ (optioneel)
• aardappelmesje

Werkmethode

Voorbereiding

• Schil de aardappel(s) en maak er een balk van. Hier kan men nadien gemakkelijk frietjes van gelijk formaat van snijden. Maak de frietjes met de hand of via het gebruik van een frietmachine waar men de aardappel simpelweg moet doorduwen om frietjes te bekomen.
• Spoel de proefbuizen die men gaat gebruiken heel goed uit en droog deze nadien ook goed af. Zet alles klaar voor het practicum, liefst binnen handbereik zodat men nadien niet teveel moet rondlopen.
• Maak de verdunningsreeks. Doe dit aan de hand van het gebruik van twee verschillende pipetten: pipet 1 gebruikt men voor het water te pipettiperen en pipet 2 voor het suikerwater.

Stap 1

• doe 0 ml suikerwater in proefbuis 1
• doe 1 ml suikerwater in proefbuis 2 (met de pipet)
• doe 2 ml suikerwater in proefbuis 3 (met de pipet)
• doe 3 ml suikerwater in proefbuis 4 (met de pipet)
• doe 4 ml suikerwater in proefbuis 5 (met de pipet)
• doe 5 ml suikerwater in proefbuis 6 (met de pipet)

Stap 2
Gebruik hierna de tweede pipet om gewoon water toe te voegen aan de reeds met suikerwater gevulde proefbuizen:

• doe 10 ml water in proefbuis 1 om een concentratie van 0 M te krijgen
• doe 9 ml water in proefbuis 2 om een concentratie van 0,1 M te krijgen
• doe 8 ml water in proefbuis 3 om een concentratie van 0,2 M te krijgen
• doe 7 ml water in proefbuis 4 om een concentratie van 0,3 M te krijgen
• doe 6 ml water in proefbuis 5 om een concentratie van 0,4 M te krijgen
• doe 5 ml water in proefbuis 6 om een concentratie van 0,5 M te krijgen

Eigenlijke practicum

• Het proces dat men nu heeft gevolgd, heet een verdunningsreeks maken. Men verdunt de suikerwateroplossing namelijk met water. Dep de gesneden frietjes af met keukenrol en weeg deze afzonderlijk op de weegschaal. Noteer het gewicht van elk frietje zo nauwkeurig mogelijk. Het is aan te raden elk gewogen frietje direct onder het geschreven gewicht te leggen zodat men geen fouten maakt. Herhaal dit proces voor alle zes de frietjes. Als de frietjes allemaal gewogen zijn, kan men het experiment starten. Plaats elk frietje in een proefbuis en zet de timer aan. Het is zeer belangrijk voor de resultaten dat men weet welk frietje in welke proefbuis zit.
• Ruim de reeds gemaakte rommel op (aardappelschillen, tafel schoonmaken, ...) terwijl de frietjes in de proefbuizen zitten en de timer loopt.
• Stop de timer op 20 minuten en haal de frietjes uit de proefbuizen. Dep ze ook even snel af met keukenrol en leg ze nadien onder hun juiste afgewogen gewicht.
• Weeg de frietjes opnieuw en noteer het nieuwe bekomen gewicht per frietje naast zijn gewicht voor het experiment..
• Indien men alle resultaten netjes heeft genoteerd, is het tijd om alles op te ruimen. Het is van het grootste belang dat de proefbuizen heel goed uitgespoeld en afgedroogd worden zodat er niets van resten achterblijft want dit kan latere experimenten beïnvloeden.
• Men overloopt en bekijkt de bekomen resultaten en koppelt deze terug naar de verwachtingen zodat men een besluit kan formuleren.

Voorbeeldresultaten

Dit is slechts een voorbeeld van het resultaat dat men kan bekomen. De waardes kunnen uiteraard verschillen naargelang het type aardappel, de grootte van de frietjes, het gebruikte kraantjeswater, de tijd dat men de friet in de proefbuizen laat, ...

Besluit: osmose is aangetoond

De frietjes in een hoge suikerconcentratie-oplossing geven inderdaad water af door een osmotisch proces, dit was dus ook wat men verwacht had, maar de frietjes in suikerconcentratie-oplossingen 0M en 0,1M nemen alleen water op en geven geen water af. Dit kan verklaard worden door het niet goed af deppen van de frietjes bij 0,1M en door het opnemen van water omdat er geen suiker in de oplossing zat bij 0M. De frietjes in een hoge suikerconcentratie-oplossing worden zoals verwacht broos door het afgeven van water, maar de frietjes in de andere suikerconcentratie-oplossingen blijven hun stevigheid behouden. Er vindt dus een osmotisch proces plaats omdat de suikerconcentratie buiten het frietje hoger is dan de suikerconcentratie binnen het frietje. Hierdoor verplaats het water (= het oplosmiddel) zich van binnenuit het frietje, door de celwand (= het semi-permeabel membraan), naar de suikeroplossing, om de concentratie gelijk te krijgen. Omdat rond 0,1M en 0,2M de massa voor en na het proces niet veel verschilt, schatten we de osmotische waarde van de aardappel op 0,2M.