osmoza (prema grč. ὠσμός: guranje, tiskanje), spontani prolaz otapala kroz polupropusnu membranu iz otopine manje koncentracije u otopinu veće koncentracije do ujednačenja koncentracija otopina s obiju strana membrane.
Proces je selektivan jer je brzina protoka molekula otapala (npr. vode) kroz polupropusnu ili semipermeabilnu membranu veća od one za molekule otopljene tvari poput soli, šećera i dr. (→ otopine). Smjer protoka otapala određen je njegovim kemijskim potencijalom μ koji je funkcija tlaka, temperature i aktiviteta (koncentracije) otopljenih tvari. Ako su dvije otopine odijeljene polupropusnom membranom u kojima množinske koncentracije otopljene tvari A iznose c A(1) < c A(2), kemijski potencijal otapala manji je ondje gdje je koncentracija otopljene tvari veća (μA(1) > μA(2)). Odnosno, zbog prisutnosti veće količine otopljene tvari, kemijski potencijal otapala bit će niži, jer se u otopini smanjuje množinski udjel otapala. Sustavi teže stanju minimalne slobodne Gibbsove energije pa se čestice spontano gibaju u smjeru pada kemijskoga potencijala otapala i time će se druga otopina razrijediti. Pri gibanju molekula otapala kroz membranu dolazi do porasta visine stupca tekućine h iznad promatrane točke s jedne strane polupropusne membrane i smanjenja visine stupca tekućine s druge strane. Zbog porasta razine tekućine, na jednoj strani raste hidrostatski tlak koji se suprotstavlja osmotskomu tlaku što djeluje na membranu. Osmotski tlak (oznaka Π) je razlika hidrostatskih tlakova p2-p1, odnosno tlak koji treba primijeniti na otopinu da se zaustavi protok otapala u otopinu.
Osmotski je tlak termodinamičko svojstvo otopine, veličina razmjerna koncentraciji otopljenih iona i temperaturi; ubraja se u koligativna svojstva otopina jer ovisi o množini jedinki nastalih otapanjem određene tvari i ne ovisi o kemijskim svojstvima otopljene tvari. Dan je van’t Hoffovom jednadžbom (van’t Hoffov zakon): ΠV = nRT, odnosno Π = cRT gdje je n množina otopljene tvari, V volumen otopine, c množinska koncentracija otopine, T apsolutna temperatura, a R je plinska konstanta. Jednadžba vrijedi samo za razrijeđene otopine u kojima koncentracija iona teži nuli pa se takve otopine nazivaju idealno razrijeđene otopine. Pri otapanju elektrolita, npr. jakih lužina i jakih kiselina, u otopini su prisutni ioni, električki nabijene čestice, pa se osmotski tlak izražava s pomoću van’t Hoffova faktora i (omjer broja ili množina čestica nastalih otapanjem određene tvari i broja čestica tvari prije otapanja, odnosno broj iona koje daje jedna formulska jedinka u otopini, npr. za NaCl i je 2 budući da jedna jedinka NaCl disocira na po jedan natrijev i kloridni ion, za Na2SO4 i je 3, a za FeCl3 i je 4), pa vrijedi Π = icRT.
Otkriće osmoze
Pojavu osmoze otkrio je 1748. francuski fizičar Jean-Antoine Nollet (1700–77), a pojam osmoze u znanost je 1854. uveo škotski kemičar Thomas Graham. Osobito je važan za njezino eksperimentalno istraživanje njemački botaničar Wilhelm Pfeffer (1845–1920) koji je 1877. konstruirao prvi uporabljiv uređaj za mjerenje osmotskoga tlaka (osmometar). Pfefferov osmometar sastojao se od posude s otapalom u kojoj se nalazi polupropusna membrana od bakrova(II) heksacijanoferata(II) istaložena u porama glinenoga valjka (kemijskom reakcijom bakrova(II) sulfata i kalijeva heksacijanoferata(II)). U manjoj se posudi nalazi ispitivana otopina i cijevi manometra. Prijenos vode kroz membranu moguć je putem fizičkih pora prisutnih u membrani (poroznost). Tekućina se u cijevima hidrauličnoga manometra diže, a stupac tekućine raste dok se razlika hidrostatskoga tlaka koji je rezultat promjene volumena s obiju strana membrane ne izjednači s osmotskim.
Primjena osmoze
Budući da je učinak osmotskoga tlaka velik i lako mjerljiv, iz izmjerenih vrijednosti određenoga osmotskog tlaka može se odrediti molekulska masa većih otopljenih tvari (npr. bjelančevina i sintetskih polimera) s pomoću jednadžbe M = γRT/Π (osmometrija) gdje je γ masena koncentracija. Engleski je biolog Gilbert Smithson Adair (1896–1979) upravo osmometrijski utvrdio molekulsku masu hemoglobina (1924).
Reverzna ili povratna osmoza predstavlja obrnuti proces od procesa osmoze. U industriji se proces reverzne osmoze primjenjuje za pripravu pitke vode iz morske vode (→ desalinizacija). Vanjskim djelovanjem tlaka većega od osmotskoga npr. na otopinu soli otapalo je prisiljeno gibati se kroz membranu u smjeru obrnutom od procesa osmoze. Dodatni tlak povisit će kemijski potencijal vode u otopini soli i uzrokovati protok otapala (vode) prema strani s čistom vodom koja ima niži kemijski potencijal. Osmotski tlak morske vode iznosi približno 2,2 MPa pa se pri desalinizaciji primjenjuju nekoliko puta veći tlakovi (5 do 10 MPa).
Osmoza u biljnim i životinjskim stanicama
Osmoza ima veliku ulogu u živim organizmima jer stanične membrane imaju svojstvo polupropusnosti pa postoji razlika u koncentraciji otopine unutar stanice i izvan nje. Otopina koja ima veću koncentraciju otopljene tvari od one u stanici je hipertonična, a ona koja ima manju koncentraciju hipotonična je. Hipotonične otopine uzrokuju bubrenje stanice, a hipertonične otopine njezino skupljanje. Otopina jednake koncentracije staničnoj naziva se izotoničnom. Stanična stijenka i vakuola štite biljnu stanicu od utjecaja promjene koncentracije otopine u kojoj se nalaze. Biljna stanica u hipertoničnoj otopini neće se smežurati jer stanična stijenka održava njezin oblik, a vakuola nadoknađuje gubitak vode. Volumen citoplazme može se smanjiti te se stanična stijenka tada odvaja od citoplazme (plazmoliza). Ako se biljna stanica nađe u hipotoničnoj otopini, u njoj raste turgor, odnosno tlak kojim protoplast tlači staničnu stijenku, a stanica postaje napeta.
Fiziološka otopina, koja je izotonična krvi, sadržava 0,9 do 1% masenoga udjela natrijeva klorida. Ljudska krv ima osmotski tlak od 0,78 MPa. Sve su stanice okružene izvanstaničnom tekućinom koja se u tijelu nalazi kao krvna plazma i kao međustanična tekućina u obliku limfe, u tjelesnim šupljinama obloženima seroznim ovojnicama (osrčja, porebrice, potrbušnice), zglobnoj i cerebrospinalnoj tekućini (→ likvor). Osmotska koncentracija može se izraziti dvjema veličinama koje se rabe osobito u medicini kao mjera koncentracije otopine. Osmolarnost je definirana kao broj molova otopljene tvari po litri tekućine (mjerne jedinice su mmol/l ili mOsm/l koje nisu u sustavu Međunarodne organizacije za normizaciju), a osmolalnost je definirana kao broj molova otopljene tvari po kilogramu tekućine; mjerne jedinice su mmol/kg ili mOsm/kg koje nisu u sustavu Međunarodne organizacije za normizaciju). Srednja vrijednost osmolalnosti plazme iznosi 287 mOsmol/kg H2O i fiziološki se mijenja samo ±2% (→ žeđ).
