Von der kleinen Sparanlage (bis 90 l/d), bis zu Großanlagen (ab 100l bis 10000 l/d), liefern und planen wir Ihre optimale Osmose - Trinkwasser - Anlage.
Ansichten zum Wasser
Unsere Anlagen:
Klein
Mittel
Groß
Die Artikel stellen nicht unbedingt die Meinung des Ingenieubüros Kern dar.
Unser System stellt vielmehr ein Gesamtsystem dar.
Dr. med. Alois
Riedler: Das Wasserwesen Mensch
Dr. med. Antonius M. Schmid: Die Bedeutung
des Wassers und dessen Qualität im menschlichen Organismus
Dr. Franz Morell: Wasser - Ernährung
- Bioelektronik nach der Methode Vincent
Dr. med. Helmut Elmau: Das Wasser und seine
Aufbereitung
Wie, wo, was zum Wasser
Chemie, Tripelpunkt, Struktur, Geheimnisse, einfach anders, Wasser und Kälte, Schmelzenthapie, Fliessgeschwindigkeit, Dissoziation, Elektrolyse, Mensch und Wasser, Kältetoleranz, Wasserfrei, Erde und Wasser, Chlor im Wasser, Reinigung von Wasser, Ökosysteme, Wasserrecht, Analytik des Wassers, Verwendung des Wassers, Kurze Geschichte des Wassers, Literatur zum Wasser, Diagramme
Weiteres zur Osmose
Die erwähnten Gesetzmäßigkeiten wurden
1887 von van't Hoff in Form einer der Zustandsgleichung der idealen Gase
(s. Gasgesetze) analogen Gleichung ausgedrückt, nach der für
hinreichend verd. Lsg. (unendlich verd. Lsg. lassen sich nach der kinet.
Gastheorie mit idealen Gasen vergleichen) gilt: P·V = nRT mit P = osmotische
Druck, V = Vol. der Lsg. in Liter, n = Stoffmenge (in Mol) der gelösten
Substanz, R = Gaskonstante, T = abs. Temp. in Kelvin. Diese Gleichung
ermöglicht Molmassen-Bestimmungen durch Osmometrie (da n = m/M ist;
m = Masse der gelösten Substanz, M = MG.). Da die Konz. c der gelösten
Substanz durch den Quotienten m/V gegeben ist, ergibt sich der osmotische
Druck bei konstanter Temp. und konstanter Konz. als umgekehrt proportional
dem MG.: P = cRT/M. Daraus folgt aber, daß der ausgeübte osmotische
Druck um so kleiner ist, je größer die Moleküle (od. allg.
„Teilchen“) einer Substanz sind. Flüssige kolloide Dispersionen,
wie die Lsg. von makromol. Stoffen und Sole (s. Kolloidchemie), zeigen
somit wegen des hohen MG. einen sehr niedrigen osmotische Druck, der allerdings
heute exakter Messung zugänglich ist. Dieser kolloidosmotische Druck
(KOD, nach Schade auch als onkot. Druck bezeichnet) entspricht dem Druck,
bei dem ein Makromol. od. sonstiges Kolloid durch eine geeignete Membran
weder Dispersionsmittel anzieht noch solches von ihm abgepresst wird.
Allerdings ist der osmotische Druck von Kolloiden und realen Lsg. der
Konz. nicht direkt proportional, sondern er nimmt mit wachsenden Gehalt
an Gelöstem stärker zund Die realen Verhältnisse lassen
sich nur beschreiben, wenn das chemische Potential des Lsgm. bzw. seine
Aktivität berücksichtigt wird. Der osmotische Druck kann somit
nur nach Kenntnis eines spezif. Korrekturgliedes zur MG.-Best. ausgenutzt
werden. Mit Korrekturfaktoren (dem sog. osmotische Koeffizienten, der
als j=Preal/Pideal definiert ist) zu versehen ist vor allem die Berechnung
des osmotische Druckes von Makromol. und starken Elektrolyten, die in
Lsg. der elektrolytischen Dissoziation unterliegen und dadurch höhere
osmotische Werte liefern als äquimol. Lsg. von Nichtelektrolyten.
Jedoch wird der ideale osmotische Wert durch unvollständige Dissoziation,
Ionen-Anziehung usw. meist nicht erreicht. Der osmotische Koeff., welcher
derartige Aktivitäten berücksichtigt, findet je nach Ansatz
verschiedene Formulierungen; zur Definition s. Literatur . Mit handelsüblichen
Membran-Osmometern können MG. zwischen 10000 und 1000000, mit speziellen
Membranen auch MG. bis 1000 herab bestimmt werden. Andere Osmometer nutzen
die Zusammenhänge zwischen osmotischem Druck und Gefrierpunkts- und
Dampfdruckerniedrigung bzw. Siedepunkterhöhung (Raoultsches Gesetz)
aus. Zur Unters. intermol. Assoziationsvorgänge durch Dampdruckosmometrie
s. Literatur ; das Minimum des osmotische Drucks am isoelektrischen Punkt
erlaubt die Best. der kritischen Micell-Bildungskonstante (s. Micellen).
Weitere Begriffe, die mit der Erscheinung der Osmose zusammenhängen,
sollen hier kurz gestreift werden, zumal sie z.T. als Einzelstichwörter
ausführlicher behandelt sind. Diosmose: Osmose tritt auch auf, wenn
sich zu beiden Seiten der Trennwand unterschiedliche Flüssigkeiten
befinden. Stellt man z.B. einen mit Alkohol gefüllten Tonzylinder
in Wasser, so dringt infolge von Diffusion der Alkohol durch die Trennwand
nach außen und das Wasser nach innen. Dabei kann die Durchtrittsgeschw.
für beide Flüssigkeiten verschieden groß sein, so daß
ein Niveauunterschied zwischen Innen- und Außenflüssigkeit
entsteht. Bei einem einseitigen Austausch spricht man von Endosmose, wenn
ein Einstrom von außen nach innen, und von Exosmose, wenn ein Austritt
von innen nach außen erfolgt. Isoton. nennt man Lsg. mit gleichen
osmotische Druck (den man auch Tonus nennt), anisoton. dagegen die hypoton.
Lsg. mit niedrigerem, die hyperton. mit höherem osmotische Druck
als eine Vergleichslsg. (Lsgm.). Elektroosmose ist ein osmotische Vorgang
unter dem Einfluß einer Potentialdifferenz. Umgekehrte Osmose (vgl.
die Abb. dort) findet statt, wenn durch Anw. eines gegen den osmotische
Druck gerichteten größeren Druck der Verlauf der Osmose umgekehrt
wird, so daß Lsgm. aus der konzentrierteren Lsg. austritt und somit
gewonnen (vgl. Meerwasserentsalzung) bzw. entfernt werden kann (Konzentrieren
von Fruchtsäften usw.). Man kann die Osmose auch unter dem Gesichtspunkt
eines Membrangleichgewichts zwischen zwei Lsg. betrachten, die durch eine
semipermeable Wand getrennt sind (vgl. Permeabilität und Literatur
). Bei der Osmose kommt es durch die Wand zu einem (im Endeffekt) gerichteten
Austausch von Lösungsmittel-Molekülen. Es gibt aber auch weitergehende
Möglichkeiten wie z.B. im Donnan-Gleichgewicht, bei dem außer
Lsgm.-Molekül-Austausch auch Ionenbewegungen durch die Membran stattfinden.
Techn. Anw. finden Osmose-Verf. beim Einbringen bestimmter Holzschutzmittel
unter die Holzoberfläche, bei der Meerwasserentsalzung durch umgekehrte
Osmose, bei Entwässerungsverf. durch Elektroosmose und – versuchsweise,
vgl. Meerwasserentsalzung, – zur Stromgewinnung durch umgekehrte Elektrodialyse.
Osmose-Vorgänge sind auch die Basis für die Konservierung von
Lebensmitteln durch Einsalzen, Pökeln und Einzuckern od. von frischabgezogenen
Häuten durch Einsalzen, wobei der Wassergehalt von etwa 60% auf ca.
40% herabgesetzt wird. osmotische Vorgänge in der einen od. anderen
Form sind bes. häufig im Organismenreich und bei Stofftransport,
Stoffwechsel- und Ernährungsprozessen usw. von Bedeutung. Der selektive
Transport von Protonen durch Zellmembranen hindurch dient in der Bioenergetik
zur Gewinnung von ATP (chemiosmotische Theorie der Phosphorylierung, s.a.
Literatur ). Die Plasmamembranen der tier. und pflanzlichen Zellen sind
semipermeabel: wären sie ganz durchlässig, so würde das
Cytoplasma auswandern, wären sie undurchlässig, so könnte
kein Ersatz des Wassers usw. stattfinden. Natürlich handelt es sich
hier um keine streng semipermeablen Membranen, sonst wären z.B. die
Pflanzenwurzeln außerstande, Mineralsalze aus dem Boden aufzunehmen.
Der osmotische Druck in den Zellen (hier allg. als Turgor od. Turgeszenz
bezeichnet; zur Regulation s. Literatur ) bewirkt, daß Pflänzchen,
Blüten, Blätter usw. feste aufrechte Gebilde darstellen; beim
Welken werden die Plasmahäute für die im Zellsaft gelösten
Stoffe durchlässig, d.h. tote Plasmahäute sind nicht mehr semipermeabel.
Die Nastien genannten Bewegungen mancher Pflanzen werden durch Turgoränderungen
bewirkt, die auf die Einwirkung von Turgorinen (vgl. Leaf Movement Factors)
zurückgehen können. In den äußeren Wurzelzellen vieler
Pflanzen erreicht der Zellsaft osmotische Werte zwischen 5 und 15 bar
und steigt bis zu den Blättern auf etwa 30 bis 40 bar. Extreme osmotische
Werte zeigen z.B. die Zellsäfte stark salzliebender Pflanzen (vgl.
HalOsmose..) an Meeresküsten und Salzwüsten mit ca. 160 bar
od. bestimmte Hefen und Schimmelpilze, die auf hochkonz. Zuckerlsg. od.
Süßwaren wachsen und sich mit osmotische Werten von über
200 bar an dieses Substrat anpassen (Osmotoleranz). Andererseits wird
aus der Abhängigkeit der Pflanzen von den osmotische Bedingungen
(s.a. die bei Pflanzenphysiologie zitierten Arbeiten) deutlich, daß
z.B. beim überdosierenden Einsatz von Streusalz auf winterlichen
Straßen od. bei vorübergehender Überflutung durch Meerwasser
Schäden an nicht-osmotoleranten Pflanzen unvermeidlich sind. Bei
Organismen, die üblicherweise in od. auf Medien mit hoher osmotische
Konz. leben, spricht man von Osmophilie: sie schützen sich vor dem
Austrocknen durch die Synth. von Polyalkoholen (z.B. Glycerin, s. Literatur
). Herabgefallene Pflaumen und Zwetschgen sind im regenreichen Herbst
oft aufgesprungen, weil das „destillierte“ Regenwasser durch die Häute
einwandert; umgekehrt schrumpfen in konz. Zuckerlsg. eingelegte Früchte,
weil der Zucker Wasser aus ihnen herauszieht; auf zellulärer Basis
spricht man hier von Plasmolyse. Aus dem gleichen Grund „weint“ auch ein
gesalzener Rettich. Die Aufrechterhaltung der osmotische Verhältnisse
im menschlichen Körper (Osmoregulation) geschieht über Rezeptoren
im Hypothalamus. Ißt man viel Salz od. Zucker, so stellt sich starker
Durst ein, durch dessen Löschung die alte Konz. wieder hergestellt
werden. Das menschliche Blut hat ebenso wie die anderen Körperflüssigkeiten
bei 37° einen osmotische Druck von 7,55 bar; die zugehörige osmotische
Konz. (s. unten) beträgt ca. 0,3 Mol/l. Der Anteil des kolloidosmotische
Drucks der Plasmaproteine beträgt 33–40 mbar. Erythrocyten haben
etwa den gleichen osmotische Druck wie eine 0,95%ige Kochsalz-Lsg. bringt
man sie in dest. Wasser, so wandert dieses rasch in die Blutkörperchen
ein und bringt sie zum Platzen (Hämolyse); legt man sie in konzentrierte
Salz- od. Zuckerlsg., so wird aus ihnen Wasser herausgezogen, und sie
schrumpfen zu „Stechapfelformen“ ein. Bei dem von Bürger und Hagemann
begründeten Verf. der sog. Osmotherapie spritzt man konz. Glucose-
od. Mannit-Lsg. ins Blut, wobei auf osmotischem Wege aus den Gewebezellen
Wasser herausgezogen wird. Das Verf. wurde z.B. bei Kampfstoffvergiftungen
im 1. Weltkrieg erfolgreich angewendet und dient auch zur Behandlung von
Lungen- und Hirnödemen und dgl. In der biolog.-medizin. Literatur
und der klinischen Chemie – zu neuen Nomenklaturvorschlägen s. Literatur
– begegnen einem in diesem Zusammenhang gelegentlich die Begriffe Osmolalität
m und osmotische Konzentration c (früher Osmolarität). Sie sind
ein Maß für die Aktivität des Lsgm. (normales Wasser)
in einer Lsg. und sind definiert durch die Gleichung: m=(–lnaA)/MA und
c=(–lnaA)/VA, mit aA = Aktivität, MA = Molmasse und VA = Molvol.
des reinen Lsgm. A. Die Dimension der über die Gefrierpunktserniedrigung
experimentell bestimmbaren Osmolalität (bzw. osmotische Konz.) ist
das Mol pro Kilogramm (bzw. pro Liter) Lsgm.; eine veraltete Einheit war
das Osmol (Kurzz.: osm)=6,02·1023 osmotisch wirksame Teilchen pro Kilogramm
bzw. pro Liter.
Literatur: 1 Starzak, Membranes,
Synthetic (Chemistry), S. 1 und Lee, Membranes, Synthetic (Application),
S. 20 in Encycl. of Physical Sciene and Technology, Vol. 8, New York:
Academic Press 1987. 2 Kontakte (Merck) 1984, Nr. 1, 23. 3 Pure Appl.
Chem. 56, 572 (1984). 4 Helv. Chim. Acta 59, 235 (1976). 5 Nichols, Bioenergetics.
An Introduction to the Chemiosmotic Theory, London: Academic Press 1982.
6 Annund Rev. Plant Physiol. 27, 485 (1976); 35, 299 (1984) Annund Rev.
Physiol. 43, 493 (1981). 7 Chem.-Ztg., 101, 169 (1977). 8 Pure Appl. Chem
56, 567 (1984). allg.: Gilles, Mechanisms of Osmoregulation in Animals,
New York: Wiley 1979 - Hammel und Scholander, Osmosis and Tensile Solvent,
Berlin: Springer 1976 - Jorgensen und Skadhauge, Osmotic and Volume Regulation,
New York: Academic Press 1978 - Kirk-Othmer 14, 345–356; (3.) 20, 230–248
- Maloiy, Comparative Physiology of Osmoregulation (2 Bd.), London: Academic
Press 1979, 1980 - Prequeux et al., Osmoregulation in Estuarine and Marine
Animals, Berlin: Springer 1984 - Rains et al., Genetic Engineering of
Osmoregulation, New York: Plenum 1980 - Rankin und Davenport, Animal Osmoregulation,
Glasgow: Blackie 1981 - Sourirajan, Reverse Osmosis and Synthetic Membranes,
Ottawa: Nat. Res. Council 1977 - Ullmann 2/1, 799–807 - Wasser-Kal. 1972,
153–155 - s. a. Dialyse, Membranen, umgekehrte Osmose, Meerwasserentsalzung.
Quelle: Römpp Chemie Lexikon, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag
1995
Weiter zur nächsten Seite ersten Seite