Osmoz Nedir?

Birbirinden geçirgen zarla ayrılmış, farklı derişiklikte iki çözeltinin bazı durumlarda yer değiştirdiği görülür. Çözücü molekülleri, zardan, çözünen maddenin moleküllerinden daha çabuk geçer. Sonuç olarak, çözücü, derişikliği az olan çözeltiden fazla olana geçeceğinden, iki çözeltinin derişikliği eşit olacaktır. Bu olaya osmoz (ya da geçişme) denir.

Osmoz, 1748 yılında Fransız fizikçi Abbe Jean Antoine Nollet tarafından bulundu. Nollet, bir cam borunun geniş ucunu parşömen kağıdıyla kaplayarak, boruyu, belli bir düzeye kadar sakaroz ve su çözeltisiyle doldurdu. Borunun arşömen kaplı ucu, içinde su bulunan bir kaba batırılınca, kap içindeki su molekülleri, parşömenden, sakaroz moleküllerinden daha hızlı geçtiği için, cam borudaki çözeltinin düzeyi yükseldi. Cam borudaki çözeltinin düzeyini, sonradan osmoz basıncı (ya da geçişme basıncı) adı verilen, hidrostatik basınç yükseltiyordu. Osmoz basıncı, zardan geçen suyun ortaya çıkardığı basıncın ölçüsüydü. Nollet’nin deneyindeki parşömen, sakaroz moleküllerini de bir ölçüde geçirdiği için, osmoz basıncı kalıcı değildi. Başka bir deyişle, çözeltilerin birbirine geçmesiyle bu basınç değiştiğinden, cam borudaki çözelti ile kaptaki su, sonunda aynı düzeye geldi.

Bir çözeltideki çözünen madde moleküllerinin bir zardan geçmesine ‘diyaliz’ denir. Diyaliz sürecinden, yapay böbrek makinelerinde yararlanılır.

Yarıgeçirgen Zarlar

Yalnızca çözücü molekülleri için geçirgen olan zarlara ‘yarıgeçirgen zar’ denir. 1877’de Wilhelm Pfeffer, gözenekli bir hücrenin çeperlerinde oluşan ve jelatimsi bir çökelti olan bakır ferrosiyanürün, kamış şekeri çözeltileri için yarıgeçirgen olduğunu ortaya koymuştur. Pfeffer ayrıca, ağırlıkça % 6’lık bir çözelti için, atmosfer basıncının dört katı kadar yüksek osmoz basınçları elde etmiştir.

Hayvan ve bitki dokularının hücrelerini çevreleyen zarlar genellikle yarıgeçirgendir. Telgraf çiçeği (Tradescantia discolor) gibi bir bitkinin dış hücreleri mikroskopta incelenirse, hücrelerin, çevrelerindeki selüloz kılıfa doğru itilmiş olduğu görülür. Hücre, % 7,5’luk sakaroz çözeltisi içine konulunca, çözeltinin osmoz basıncı, hücre özsuyununkinden daha fazla olduğu için, su hücreden dışarı çıkar ve büzülerek selüloz kılıftan uzaklaşır. Bu olaya ‘plazmoliz’ denir. Reçel yapımında da buna benzer bir etkiden yararlanılır. % 68’lik şeker çözeltileriyle mikroorganizma hücrelerinin suyu alınarak, etkinlikleri ortadan kaldırılır.

Geri (Ters) Osmoz

Sulu bir çözeltiye osmoz basıncının üstünde bir basınç uygulayarak, su moleküllerinin yarıgeçirgen bir zardan geçmesi sağlanabilir. Sulu çözeltinin derişikliği artarken, zarın öteki yanında arı su elde edilir. Zarlar, zirkonyum oksit gibi maddelerin bir porselen üstüne çökeltilmesiyle yapılır.

Bununla birlikte, zar yapımında en çok kullanılan madde, selüloz asetattır. Bu tür bir zar ilk kez, tuzlu suyun tuzunun giderilmesi için geliştirilmiştir. Kağıtla pekiştirilmiş 0,04 – 0,09 mm’lik geçirgen bir alt maddeyle desteklenen 0,0001 – 0,0003 mm kalınlığındaki zarda, angströmün (0,0000001 mm) yirmi – otuzda biri büyüklükte delikler vardır. Zarın her metre karesinde, saatte 102 litre su akış hızı sağlanabilir.

Selüloz asetat zarları 4˚C – 60˚C sıcaklıklarda kullanılabilirler. Biyolojik maddelerin ya da besin maddelerinin derişikliğinin artırılmasında kullanılacakları zaman, mikroptan arındırılmaları gerekir. Ters osmozun önemli bir kullanım alanı da, peynir suyu derişikliğinin ayarlanmasıdır. Yaklaşık % 7 oranında çözünmüş katı maddeler içeren sütün sulu bölümünde, % 30 oranında besleyici madde yok olur. Bu katı maddeler daha çok laktozdan oluşur. Ayrıca, % 5 – 10 kadar protein, yaklaşık % 1 laktik asit ve çeşitli tuzlar da vardır. Peynir suyu önce proteinleri tutan bir gevşek zardan, sonra da laktozun alındığı sıkı bir zardan geçirilir. Su ve çözünmemiş tuzların bir bölümü, zardan geçtikten sonra atılır. Bu işlemle hem besin değeri yüksek bir yiyecek kaynağı elde edilir, hem de peynir suyu temizlenmiş olur.

Osmoz yoluyla suyun alınması

Meyvelerin saklanması için geliştirilen yöntemlerde, osmozla su giderme işleminin yanı sıra, vakumda ya da dondurarak kurutma işlemleri kullanılır. Yöntem, enzimlerin etkinliğini gidermek için, kabukları soyulmuş elma dilimlerine uygulanmış ve iyi sonuç alınmıştır. Elma dilimleri 60 – 65 ˚C sıcaklıkta, ağırlıkça yaklaşık % 70 derişiklikte olan sakarozlu suya batırılır. Meyve yüzeyinde sulanma olmaması için, şurup, bir pompayla karıştırılır. Böylece, osmoz basıncının değişmemesi de sağlanmış olur. Yaklaşık 4 – 6 saat sonra, osmoz yoluyla suyu çıkan meyve, ağırlığının % 40’ını yitirir. Bu süreç tamamlanınca, sakarozu uzaklaştırmak için meyve yıkanır. Bir vakum fırınında, 60 ˚C’ta son kurutma yapılır.