Chemie & Biologie

Osmotischen Druck einer Lösung berechnen

Geben Sie die Konzentration als Stoffmengen- oder Massenkonzentration ein, dazu den Van-t-Hoff-Faktor und die Temperatur. Der Rechner liefert den osmotischen Druck in bar, kPa, atm und mmHg sowie die Osmolarität.

Lösung und Temperatur
In mol/l oder g/l, je nach Auswahl. 0,9-prozentige Kochsalzlösung: 9 g/l oder 0,154 mol/l.
NaCl 58,44; Glucose 180,16; Saccharose 342,30.
Nichtelektrolyte 1, NaCl ideal 2, CaCl₂ ideal 3; real meist etwas weniger.
Ergebnis

Woher der osmotische Druck kommt

Trennt eine Membran, die nur Wasser durchlässt, eine Lösung von reinem Wasser, so strömt Wasser in die Lösung. Dieser Vorgang heißt Osmose. Der Druck, den man auf die Lösung ausüben müsste, um den Einstrom zu stoppen, ist der osmotische Druck. Er hängt nicht von der Art der gelösten Teilchen ab, sondern nur von ihrer Anzahl pro Volumen und von der Temperatur.

Jacobus Henricus van’t Hoff erkannte 1887, dass sich gelöste Teilchen in verdünnter Lösung ähnlich verhalten wie Gasmoleküle. Seine Gleichung Π = i · c · R · T hat deshalb dieselbe Form wie das ideale Gasgesetz. Für diese Arbeiten erhielt er 1901 den ersten Nobelpreis für Chemie.

Der Van-t-Hoff-Faktor i gibt an, in wie viele Teilchen eine Formeleinheit in Lösung zerfällt. Zucker bleibt als ganzes Molekül gelöst, i = 1. Kochsalz zerfällt in Natrium- und Chloridionen, im Idealfall ist i = 2. Das Produkt i · c heißt Osmolarität und wird in Osmol pro Liter angegeben.

Π = i · c · R · T  |  R = 8,314462618 J/(mol·K), c in mol/m³, T in Kelvin  |  Osmolarität = i · c

Beispiel: Physiologische Kochsalzlösung enthält 9 g NaCl je Liter, das sind 9 / 58,44 = 0,154 mol/l. Mit i = 2 und 37 °C (310,15 K) ergibt sich Π = 2 · 154 mol/m³ · 8,3145 · 310,15 K = 794.249 Pa, also 7,942 bar, 794,2 kPa oder 5.957 mmHg. Die rechnerische Osmolarität beträgt 308 mosmol/l.

Ideale Theorie und reale Lösungen

Die Gleichung gilt streng nur für sehr verdünnte, ideale Lösungen. Bei höheren Konzentrationen ziehen sich Ionen gegenseitig an und wirken nicht mehr als völlig unabhängige Teilchen. Der wirksame Faktor ist dann kleiner als die Zahl der Ionen. Bei Kochsalz liegt der osmotische Koeffizient im physiologischen Bereich bei etwa 0,93, sodass die tatsächliche Osmolalität der Kochsalzlösung nur rund 286 statt 308 mosmol/kg beträgt.

Wer reale Werte abschätzen will, setzt für i das Produkt aus Ionenzahl und osmotischem Koeffizienten ein, für Kochsalz also etwa 1,86. Genaue Messungen erfolgen im Labor mit einem Osmometer, das die Gefrierpunktserniedrigung bestimmt. Es liefert die Osmolalität je Kilogramm Wasser, die sich bei verdünnten Lösungen kaum von der Osmolarität je Liter unterscheidet.

Osmotische Drücke sind erstaunlich groß. Meerwasser mit gut 35 g Salz je Liter erreicht etwa 25 bis 28 bar. Umkehrosmoseanlagen zur Entsalzung müssen diesen Druck überwinden und arbeiten deshalb mit 55 bis 80 bar. Bei Trinkwasser-Osmoseanlagen im Haushalt genügen wenige bar, weil Leitungswasser nur wenig gelöste Salze enthält.

In Biologie und Medizin spielt der osmotische Druck eine zentrale Rolle, etwa für Zellen, Infusionen und Nierenfunktion. Der Rechner ist ein Werkzeug für Unterricht und Labor, kein Ersatz für die Herstellung oder Prüfung medizinischer Lösungen; dafür gelten Arzneibuch und ärztliche Vorgaben. Konzentrationen umrechnen können Sie mit dem Molaritäts-Rechner.

Tipps und typische Fehler

Lösungen ansetzen.

  • Kelvin: Absolut rechnen.
  • Ionen: Faktor beachten.
  • Verdünnt: Theorie gilt.
  • Messen: Osmometer.

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Häufige Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Osmolarität und Osmolalität?

Osmolarität bezieht sich auf einen Liter Lösung, Osmolalität auf ein Kilogramm Lösungsmittel.

Welchen Van-t-Hoff-Faktor hat Glucose?

Glucose zerfällt nicht in Ionen, der Faktor ist 1.

Warum muss die Temperatur in Kelvin eingesetzt werden?

Die Gleichung beruht wie das Gasgesetz auf der absoluten Temperatur; der Rechner rechnet Grad Celsius automatisch um.

Was ist eine isotonische Lösung?

Eine Lösung mit derselben Osmolalität wie das Blutplasma, etwa 280 bis 300 mosmol/kg.

Wie hoch ist der osmotische Druck von Meerwasser?

Etwa 25 bis 28 bar.

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