Ósmosis
Este elemento es una expansión del contenido de los cursos y guías de Lawi. Ofrece hechos, comentarios y análisis sobre este tema. [aioseo_breadcrumbs] La ósmosis u osmosis es el paso selectivo de moléculas de disolvente a través de una membrana semipermeable desde una solución diluida a otra más concentrada. Una membrana semipermeable permite el paso de moléculas de disolvente pero bloquea el paso de moléculas de soluto. El movimiento de agua por ósmosis a través de las membranas celulares es esencial para todos los procesos fisiológicos. La ósmosis también tiene diversas aplicaciones experimentales e industriales. Véase también: Célula (biología); Membranas celulares; Mecanismos de osmorregulación; Solución
Mecanismo de la ósmosis
El fenómeno de la ósmosis puede observarse dividiendo un recipiente en dos volúmenes iguales con una membrana semipermeable. El lado izquierdo contiene agua pura, el lado derecho contiene una solución diluida de glucosa, y los niveles de agua son iguales. Con el tiempo, el nivel de la derecha aumenta a medida que el agua fluye del lado izquierdo al derecho. A medida que el nivel de la solución de la derecha aumenta, la presión hace que el agua vuelva a atravesar la membrana (se puede examinar algunos de estos asuntos en la presente plataforma online de ciencias sociales y humanidades). Finalmente, el sistema se equilibra, de manera que las tasas de flujo de agua hacia adelante y hacia atrás a través de la membrana son iguales y el nivel de la derecha deja de aumentar. La presión osmótica es la presión necesaria para alcanzar el equilibrio (es decir, para detener la ósmosis) y es una característica de la solución .
La presión osmótica
La fuerza motriz de la ósmosis es la disminución de la energía libre de Gibbs que acompaña a la dilución de la solución por la transferencia de disolvente a la misma. La presión que debe aplicarse a la fase de la solución para aumentar la energía libre del disolvente a la del disolvente puro es la presión osmótica, π, de la solución. La velocidad a la que cambia la energía libre de un sistema a una temperatura fija por la presión viene dada por la relación termodinámica básica.
Las propiedades de la solución que reflejan los cambios en la energía libre del disolvente causados por un soluto no volátil incluyen la disminución de la presión de vapor, la elevación del punto de ebullición, la depresión del punto de congelación, así como la presión osmótica. De todas ellas, la última es la más sensible a la concentración del soluto. Sin embargo, los requisitos de la membrana limitan su utilidad en el estudio de la termodinámica de las soluciones.
Una aplicación importante de la medición de la presión osmótica es la determinación de la masa molar de un polímero. La muestra de polímero se disuelve en un disolvente orgánico o en una mezcla de disolventes, y la presión osmótica se mide utilizando una membrana de película de celofán pretratada. Se utiliza un osmómetro en el que la presión se mide en términos de la altura a la que sube el líquido en un capilar de la célula de solución por encima de la del disolvente circundante.
Aparte de las membranas de tipo inorgánico, que se forman por deposición de la sal en una matriz porosa, no se dispone de membranas adecuadas para las mediciones de las presiones osmóticas en sistemas acuosos. Una serie de películas poliméricas sintéticas, que permiten el paso del agua y de pequeñas especies iónicas o moleculares, son lo suficientemente resistentes para actuar como membranas selectivamente permeables en soluciones acuosas. Se han utilizado con éxito para estudiar, por ejemplo, las interacciones micelares en medios salinos y tamponados. Aunque las presiones que se miden no son verdaderas presiones osmóticas, se pueden obtener datos termodinámicos del soluto a través de un G01 redefinido y el uso de las relaciones estándar de actividad de Gibbs-Duhem. Véase también: Energía libre
Ósmosis inversa
Al igual que la presión osmótica es aquella presión que cuando se aplica a la fase de solución impedirá que el disolvente pase a través de una membrana semipermeable a la solución, la aplicación de una presión mayor hará que el disolvente pase de la solución al disolvente puro, o ósmosis inversa. La ósmosis inversa ha sido considerada durante mucho tiempo para la purificación del agua. La ósmosis inversa se ha utilizado durante mucho tiempo para la desalinización del agua y, más recientemente, para el tratamiento de aguas residuales para su reutilización. Véase también: Separaciones por membrana; Reutilización de aguas residuales; Desalinización del agua; Tratamiento del agua
Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):
Datos verificados por: Thompson
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Véase También
Acuaporina
Bebida isotónica
Difusión
Hipotónico, isotónico e hipertónico
Membrana semipermeable
Salmuera
Homeostasis
Osmorregulación
Choque osmótico
Poder osmótico
Plasmólisis
Planta de ósmosis inversa
Poder del gradiente de salinidad
Potencial hídrico
Nanofiltración
Osmolaridad
Ósmosis forzada
Ósmosis inversa
Osmotrofia
Plasmólisis
Ultrafiltración
Fenómenos físicosF<
isicoquímica
Operaciones de separación
Fisiología celular
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Un ejemplo ilustrativo del efecto de la ósmosis es el estallido de las cerezas maduras después de mojarlas con agua de lluvia. El agua del exterior de la fruta contiene muy pocas partículas disueltas, por lo que tiene un alto potencial químico. Penetra a través de la piel exterior en la fruta, donde el agua como disolvente tiene un bajo potencial químico debido al alto contenido de azúcar y otras sustancias disueltas. La afluencia de agua aumenta la presión en el interior de la fruta y hace que su piel exterior se rompa. Entre otras sustancias, esta piel es permeable al agua, pero no a las moléculas de azúcar; debido a estas propiedades, actúa como una membrana semipermeable. En principio, las moléculas de agua pueden atravesar esta membrana en ambas direcciones, pero son “retenidas” con más fuerza dentro de la fruta. Allí, las moléculas de agua tienen que competir con las demás moléculas y partículas disueltas para acceder a la membrana, de modo que penetran hacia el exterior menos moléculas de agua por unidad de tiempo que a la inversa.
La fuerza motriz de la ósmosis que se produce espontáneamente es la diferencia entre los potenciales químicos de una o varias sustancias en las fases separadas por una membrana. Pueden consistir en soluciones líquidas y gaseosas o en sustancias puras. Las partículas (átomos, moléculas o iones) de los componentes para los que la membrana es permeable se difunden hacia su potencial químico inferior. El proceso de mezcla resultante de este movimiento reduce la energía de Gibbs (o entalpía libre) del sistema en su conjunto; por lo tanto, el proceso tiene lugar sin aporte de energía (véase también reacciones exergónicas y endergónicas). En general, es un disolvente que difunde hacia su potencial químico más bajo debido a la diferencia en el número de partículas disueltas.
En los sistemas cerrados, se produce un equilibrio de las diferencias de potencial a través de la ósmosis; el movimiento osmótico continúa hasta que se equilibra el potencial químico de los componentes que se difunden a ambos lados de la membrana; entonces se ha establecido un equilibrio termodinámico entre las dos fases. Si la sustancia fluye hacia un volumen cerrado, la presión en este volumen (el lado con el potencial inicialmente más bajo) debe aumentar inevitablemente; esta diferencia se llama presión osmótica. La presión osmótica es una propiedad coligativa, ya que depende del número de partículas disueltas.
También se puede realizar un experimento de ósmosis con helio o hidrógeno y aire. Se deja fluir el helio/hidrógeno bajo un vaso de precipitados que se coloca sobre un cilindro de arcilla porosa. El aire del interior está inicialmente bajo presión atmosférica. La pared del cilindro de arcilla no forma un obstáculo para el gas ligero, sino que también se propaga dentro del cilindro y se acerca así al macroestado más probable, una distribución uniforme en el volumen del vaso. Las moléculas más pesadas del aire se difunden mucho más lentamente, por lo que los átomos/moléculas que penetran aumentan rápidamente la presión. Esta presión osmótica se puede hacer visible dejándola actuar sobre el agua en un matraz Erlenmeyer a través de un tubo, que luego se pulveriza por una boquilla como una fuente. La causa es el aumento espontáneo de la entropía (entropía de mezcla) en el sistema vaso/cilindro de arcilla. Si a continuación se retira el vaso, se crea un vacío en el cilindro de arcilla, de modo que el aire que entra por la boquilla burbujea en el líquido.