Ósmosis y Presión Osmótica

Una solución es una mezcla homogénea de dos o más partículas que tienen tamaños de partículas menores a un nanómetro. Las soluciones de azúcar y sal en agua, así como el agua con gas, son ejemplos comunes de soluciones. En una solución, todos los componentes aparecen como una sola fase. Hay homogeneidad de partículas, lo que significa que las partículas están uniformemente dispersas. Es por eso que una botella llena de refresco sabe igual.

El componente que disuelve al otro componente se conoce como solvente. Soluto se refiere a los componentes que se disuelven en los solventes. En general, el solvente está presente en mayor proporción que el soluto. La cantidad de soluto es menor que la cantidad de disolvente. Los solutos y solventes pueden existir en todos los estados de la materia, incluidos sólidos, líquidos y gases. Una solución líquida se compone de un sólido, líquido o gas disuelto en un solvente líquido. Las soluciones sólidas y gaseosas están representadas por aleaciones y aire, respectivamente.

Ósmosis

La ósmosis es el proceso de mover moléculas de solvente desde un área de baja concentración de soluto a un área de alta concentración de soluto a través de una membrana semipermeable. Eventualmente, se forma un equilibrio entre los dos lados de la membrana semipermeable (igual concentración de soluto en ambos lados de la membrana semipermeable). Debido a que la barrera semipermeable solo permite el paso de moléculas de disolvente, no pueden pasar partículas de soluto. El proceso de ósmosis se detiene si se aplica suficiente presión en el lado de la solución de la membrana semipermeable. La cantidad más pequeña de presión requerida para detener el proceso de ósmosis se conoce como presión osmótica.

Presión osmótica

La presión mínima que se requiere aplicar a una solución para detener el flujo de moléculas de solvente a través de una membrana semipermeable se conoce como presión osmótica (ósmosis). Es una propiedad coligativa que está regulada por la concentración de partículas de soluto en la solución. 

Para calcular la presión osmótica, utilice la siguiente fórmula:

π = iCRT

Dónde,

π es la presión osmótica

i es el factor de van’t Hoff

C es la concentración molar del soluto en la solución.

R es la constante universal de los gases

T es la temperatura

El químico holandés Jacobus van’t Hoff propuso este vínculo entre la presión osmótica de una solución y la concentración molar de su soluto. Cabe señalar que esta ecuación solo se aplica a soluciones que actúan como soluciones perfectas.

Osmosis inversa

La presión mínima requerida para detener el paso del solvente a través de la membrana semipermeable se denomina presión osmótica. Cuando se aplica una presión mayor que la presión osmótica al lado de la solución (el lado con una alta concentración de soluto), las partículas de solvente en el lado de la solución se mueven a través de la membrana semipermeable al área con una baja concentración de soluto. La ósmosis inversa se refiere al flujo del solvente a través del SPM en la dirección opuesta.

Aplicaciones de ósmosis inversa

1. Los fabricantes de componentes electrónicos requieren agua de la mejor calidad posible. La ósmosis inversa se usa comúnmente para eliminar la mayoría de los contaminantes de un suministro de agua antes de que se introduzca en un sistema de intercambio iónico de pulido. La ósmosis inversa aumenta la vida útil de los lechos de intercambio iónico al tiempo que reduce el costo total de producir grandes volúmenes de agua de alta calidad.
2. Dependiendo de la naturaleza del proceso de producción de productos químicos, el fabricante de productos químicos requiere diversos grados de agua. En algunas circunstancias, el agua de ósmosis inversa dará por sí sola agua de producto satisfactoria, y se utiliza como pretratamiento cuando se requieren mayores calidades.
3. En este negocio, la ósmosis inversa se ha utilizado con éxito no solo para purificar agua para su uso en la solución de revestimiento, agua de reposición y baños de arrastre, sino también para concentrar importantes metales de revestimiento en el flujo de residuos para su reciclaje en un proceso de circuito cerrado.
4. A pequeña y gran escala, la ósmosis inversa es ampliamente utilizada en la desalinización de agua de mar o salobre para consumo potable. Debido a sus bajos requerimientos de energía, la técnica es particularmente atractiva en esta aplicación.

tipos de osmosis

1. Cuando una sustancia se sumerge en una solución hipotónica, las moléculas de solvente migran hacia el interior de la célula, creando turgencia o desplasmólisis. La endosmosis es el término para este proceso.
2. Cuando un material se sumerge en una solución hipertónica, las moléculas de disolvente escapan de la célula, provocando flacidez o plasmólisis. Exósmosis es el término para este proceso.

Efecto de la ósmosis en las células

La ósmosis tiene efectos variados en diferentes células. En comparación con las células vegetales, las células animales se lisan cuando se colocan en una solución hipotónica. Las gruesas paredes de la célula vegetal necesitan más agua. Cuando se colocan en una solución hipotónica, las células no explotan. Una solución hipotónica, de hecho, es óptima para una célula vegetal. Una célula animal solo puede vivir en un fluido isotónico. En una solución isotónica, las células de la planta ya no están turgentes y las hojas de la planta se caen. El flujo osmótico se puede detener o invertir agregando presión externa a los lados del fluido, un proceso conocido como ósmosis inversa. La presión osmótica es la presión mínima requerida para detener el transporte de solvente.

Diferencia de ósmosis y difusión

Ósmosis	Difusión
Sólo es aplicable a los medios líquidos.	Se puede encontrar en una variedad de líquidos, gases e incluso sólidos.
Se requiere una membrana semipermeable.	No requiere una membrana semipermeable.
Esto está determinado por el número de partículas de soluto disueltas en el solvente.	Se ve afectado por la presencia de otras partículas.
El agua es necesaria para la movilidad de las partículas.	La movilidad de las partículas no requiere el uso de agua.
Solo las moléculas de solvente pueden difundir.	Las moléculas de soluto y solvente pueden dispersarse.
Las partículas solo pueden fluir en una dirección.	El movimiento de las partículas ocurre en todas las direcciones.
Todo el proceso se puede detener o revertir aplicando presión adicional al lado de la solución.	Este proceso no se puede detener ni revertir.
Esto solo sucede entre soluciones que son de naturaleza similar.	Ocurre entre soluciones que son similares y soluciones que son diferentes.
Solo el agua u otro solvente pasa de una zona de alta energía o concentración a una región de baja energía o concentración.	Cualquier sustancia puede migrar desde un lugar de alta energía o concentración a una región de baja energía o concentración.

Importancia de la ósmosis

1. El suministro nutricional y la descarga de productos metabólicos de desecho se ven afectados por la ósmosis.
2. Es el encargado de absorber el agua de la tierra y transportarla a las partes superiores de la planta a través del xilema.
3. Mantiene el equilibrio de los niveles de agua y fluidos intercelulares en el ambiente interior de un organismo vivo.
4. Mantiene la turgencia de las células.
5. Es el método por el cual las plantas mantienen su contenido de agua frente a la pérdida continua de agua debido a la transpiración.
6. Este proceso regula el transporte de agua de una célula a otra.
7. La ósmosis provoca la turgencia celular, que regula la movilidad de las plantas y sus componentes.
8. La ósmosis también es responsable de la dehiscencia de frutos y esporangios.
9. Una presión osmótica más alta protege a las plantas contra el daño de la sequía.

Ejemplos de Osmosis

1. La ósmosis es el proceso mediante el cual se absorbe agua de la tierra. Debido a que las raíces de las plantas tienen una concentración más alta que la tierra, el agua se precipita hacia las raíces.
2. La ósmosis también afecta a las células de defensa de la planta. Cuando el agua entra en las células vegetales, las células protectoras se hinchan y los estomas se abren.
3. Cuando un pez de agua dulce o salada se coloca en agua con diferentes concentraciones de sal, el pez muere como resultado de la entrada o salida de agua de las células del animal.
4. La ósmosis afecta a los humanos que sufren de cólera. Las bacterias que sobrepoblan los intestinos invierten el flujo de absorción y evitan que los intestinos absorban agua, lo que provoca deshidratación.
5. Cuando los dedos se sumergen en agua durante un período prolongado de tiempo, el flujo de agua dentro de las células hace que se vuelvan ciruelas pasas.

Problemas de muestra

Pregunta 1: ¿Cuáles son las tres formas diferentes de circunstancias osmóticas que tienen un impacto en las células vivas?

Solución:

Hay tres tipos de condiciones osmóticas: hipertónicas, isotónicas e hipotónicas.

Pregunta 2: ¿En qué se diferencia la ósmosis de la difusión?

Solución:

La ósmosis es el movimiento de solventes a través de una membrana semipermeable desde una región de baja concentración de soluto a una región de alta concentración de soluto. La difusión, por otro lado, no requiere que ocurra una membrana semipermeable, ya que las moléculas migran desde un lugar de mayor concentración a una región de menor concentración.

Pregunta 3: ¿Cuál es la función principal de la ósmosis?

Solución: 

La ósmosis ayuda a estabilizar el entorno interno del organismo al equilibrar las cantidades de agua y fluidos intracelulares. Además, los nutrientes y minerales ingresan a la célula a través de la ósmosis, lo cual es necesario para la viabilidad celular.

Pregunta 4: ¿Qué es una membrana semipermeable?

Solución:

La membrana semipermeable es un tipo de membrana biológica que permite el paso de algunas moléculas o iones.

Pregunta 5: ¿Qué es la ósmosis inversa?

Solución:

La ósmosis inversa es un fenómeno natural que tiene lugar en dirección opuesta a la ósmosis natural. Este tipo de ósmosis se utiliza para eliminar la mayor parte de los contaminantes del agua forzando el agua a través de una membrana semipermeable bajo presión.

Pregunta 6: Calcular la presión osmótica de una solución al 5% de azúcar de caña (sacarosa) a 15° Celsius.

Solución:

m = masa molecular de sacarosa (C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ ) = 342  

peso = 5g 

V = 100 ml = 0,1 litros  

S = 0,082,  

T = (15 + 273) = 288K  

Aplicando la ecuación PV = w/m ST,  

P = 5./342 × 1/0.1 × 0.082 × 288 = 3.453 atm

Pregunta 7: La solución que contenía 10 g de un compuesto orgánico por litro mostró una presión osmótica de 1,16 atmósferas a 0° Celsius. Calcule la masa molecular del compuesto (S = 0,0821 litros atm por grado por mol.) 

Solución:

Aplicando la ecuación  

m = con VP. S T  

Dado w = 10 g, P = 1,18 atm, V = 1 litro, S = 0,0821 y T = 273 K.  

m = 10/1,18 × 1 × 0,0821 × 273 = 189,94