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Presión osmótica

La presión osmótica puede definirse como la presión que se debe aplicar a una solución para detener el flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable.[1]​ La presión osmótica es una de las cuatro propiedades coligativas de las soluciones (dependen del número de partículas en disolución, sin importar su naturaleza). Se trata de una de las características principales a tener en cuenta en las relaciones de los líquidos que constituyen el medio interno de los seres vivos, ya que la membrana plasmática regula la entrada y salida de soluto al medio extracelular que la rodea, ejerciendo como barrera de control.

Esquema de una membrana semipermeable (en amarillo). Las partículas grandes de la sangre (en rojo) no pueden atravesar la membrana, mientras que las pequeñas sí.

Cuando se colocan soluciones de distinta concentración, separadas por una membrana semipermeable (membrana que deja pasar las moléculas de disolvente pero no las de los solutos), las moléculas de disolvente, pasan habitualmente desde la solución con menor concentración de solutos a la de mayor concentración. Este fenómeno recibe el nombre de ósmosis, palabra que deriva del griego osmos, que significa "impulso".[2]​ Al suceder la ósmosis, se crea una diferencia de presión en ambos lados de la membrana semipermeable: la presión osmótica.

Presión osmótica de equilibrio

 

Esquema del modo de acción de la presión osmótica. En azul se representan las moléculas de disolvente y en rojo las de soluto. La disolución más concentrada se denomina hipertónica y la diluida hipotónica. La presión osmótica, consecuencia de la diferencia inicial de concentraciones, produce el pasaje de moléculas de solvente, a través de la membrana, hacia la parte de mayor concentración; de esta manera va disminuyendo la diferencia de concentración y por lo tanto también la presión osmótica. Además aparece una diferencia de altura h y en consecuencia una presión hidrostática que, a diferencia de la osmótica, tiende a empujar el solvente hacia la parte diluida. La diferencia de altura aumenta y por lo tanto también aumenta esa presión hidrostática. Finalmente las presiones osmótica e hidrostática se igualan, deteniéndose el flujo neto de moléculas hacia la parte de mayor concentración. La diferencia de concentración se ha reducido pero no ha desaparecido: la parte concentrada sigue siendo más concentrada porque la presión hidrostática impide que la presión osmótica alcance la igualación de concentraciones.

Historia

 

Las primeras investigaciones sobre la presión osmótica fueron realizadas en 1748 por el abad francés Jean Antoine Nollet, cuando era profesor de física en el colegio de Navarra, quien descubrió la existencia de las membranas semipermeables. Nollet obtuvo una membrana a partir de una vejiga de cerdo, colocó alcohol a un lado y agua al otro, y observó que el agua fluía a través de la vejiga para mezclarse con el alcohol, pero el alcohol no lo hacía.[3]

No obstante, el descubrimiento de la ósmosis en membranas semipermeables se le atribuye a Henri Dutrochet, considerado uno de los grandes fisiólogos del siglo XIX, en el año 1828.[4]​ Dutrochet descubrió este fenómeno al observar que la difusión de disolvente a través de una membrana semipermeable ocurría siempre desde la disolución de menor concentración de un soluto, el cual no podía atravesarla, hasta la disolución de mayor concentración; además, el disolvente que fluye es capaz de ejercer una presión sobre la membrana, la presión osmótica. Dutrochet construyó el primer dispositivo experimental para observar la presencia de la presión osmótica, denominado osmómetro. Al descubrir la ósmosis declaró:

Este descubrimiento que he hecho pertenece a una clase nueva de fenómenos físicos que sin duda alguna intervienen fuertemente en los procesos vitales.[3]

De este modo, Dutrochet intuyó la importancia del fenómeno en las células, las cuales absorberían o retendrían determinadas sustancias.

El inglés Thomas Graham descubrió, en 1854, que las sustancias coloidales no atravesaban ciertas membranas. Sin embargo, los primeros estudios cuantitativos datan de 1877 y se deben al alemán Wilhelm Pfeffer,[5]​ profesor de botánica en Tubingen y Leipzig, quien preparó una membrana semipermeable artificial precipitando hexacianoferrato (II) de cobre (II), Cu2[Fe(CN)6], sobre las paredes de un vaso poroso.[6]​ Pfeffer, a partir de la medición de presiones osmóticas en multitud de disoluciones de solutos no volátiles, llegó a las siguientes conclusiones:

1. A presión constante, la presión osmótica es directamente proporcional a la concentración de soluto.
2. La presión osmótica de una concentración determinada es directamente proporcional a la temperatura.
3. A una temperatura determinada, dos disoluciones con el mismo número de moles tienen la misma presión osmótica.[7]

Pfeffer midió la presión osmótica en soluciones de azúcar y otras moléculas orgánicas, logrando presiones de hasta algo más de 200 atmósferas.[3]

El neerlandés Jacobus Henricus van 't Hoff realizó un estudio sistemático de las propiedades coligativas de las disoluciones, que publicó en 1885.[8]​ En este artículo van 't Hoff fórmula una expresión, para disoluciones diluidas, que relaciona la presión osmótica con la concentración del soluto, la cual es similar a la ecuación de los gases ideales y proporciona la primera teoría para explicar la presión osmótica:

 


donde:

 , es la presión osmótica, en atmósferas (atm).
 , es la constante universal de los gases ideales (aunque a pesar de su nombre no sólo se aplica a gases, como es el caso). Su valor es de 0,082 atm·L·K-1·mol-1.
 , es la temperatura absoluta, en kelvin (K).
 , es la concentración molar o molaridad de la disolución, medida en mol·L-1.

Teorías

Teoría de van 't Hoff

 
Las partículas de un gas se mueven en todas direcciones y chocan entre ellas mismas y con las paredes del recipiente. Los choques contra las paredes representan la presión del gas. En esta animación el disolvente se representa con bolas azules y el soluto con bolas rojas.

Se han propuesto diversas teorías para explicar la causa de la ósmosis. La primera teoría fue la del bombardeo de van't Hoff, que está basada en la analogía entre la ecuación de la presión osmótica y la ley de los gases ideales. Van't Hoff describió la presión osmótica como el resultado de las colisiones de las moléculas de soluto contra la membrana semipermeable, y supuso que las moléculas de disolvente no contribuían de ninguna manera. Con este modelo, la presión osmótica de una disolución es la misma presión que un gas ideal ejercería si ocupase el mismo volumen de la disolución.

Otras teorías

La suposición en la teoría de van 't Hoff de que las moléculas del disolvente no ejercen ningún efecto sobre la presión osmótica constituye un interrogante, ya que estas partículas se encuentran golpeando continuamente la membrana semipermeable. De este problema surge otra teoría, que considera el bombardeo de las moléculas de disolvente; según esta teoría las moléculas de disolvente bombardean la membrana semipermeable de manera desigual y provocan la ósmosis y la presión osmótica, aunque la diferencia de presiones aumente con la cantidad de soluto.

Una tercera teoría explica la ósmosis en base al descenso de la presión de vapor, el cual da lugar a que el disolvente se difunda a través de la membrana hasta que se igualan las dos presiones. Si se aplica una presión igual a la presión osmótica de la disolución se saturará la destilación, y se necesitaría una presión mayor para invertir la dirección.[6][9]​ El flujo de disolvente a través de una membrana semipermeable es análogo al flujo de disolvente en la fase vapor que se produce si se dejan, dentro de un recipiente cerrado, muestras del disolvente y de una disolución. Como la presión de vapor del disolvente es mayor, se produce una transferencia neta de disolvente hacia la disolución. El flujo de disolvente continúa hasta que todo el disolvente ha pasado a la disolución.[10]

Magnitud de la presión osmótica

La presión osmótica, como su nombre indica, es una presión, y por tanto tiene las mismas unidades que el resto de presiones, es decir, Pascales (Pa) en el Sistema Internacional, aunque tradicionalmente también se utilizan las atmósferas (atm).

La molaridad mide la cantidad de masa del soluto por volumen de disolución. La molaridad y la presión osmótica son dos magnitudes relacionadas proporcionalmente; el aumento o disminución de una de ellas produce el mismo efecto en la otra, aunque en distinta proporción. Del mismo modo, la temperatura (medida en kelvin, K) también posee la misma relación con la presión osmótica.

A continuación se muestra una tabla con los valores de la presión osmótica correspondientes a diferentes concentraciones de sacarosa a una temperatura constante de 293 K (20° C). La concentración se expresa en molalidad y no en molaridad, según la ecuación de Morse, pero las diferencias son mínimas.

Presión osmótica experimental de disoluciones de sacarosa a 20 °C[11]
Molalidad (moles de sacarosa/kg de agua) 0,1 1,0 2,0 3,0 4,0 6,0
Presión osmótica (atm) 2,47 27,2 58,4 95,2 139,0 232,3

Comparación entre presión osmótica y presión hidrostática

Al tratarse ambas de presiones, se puede comparar el valor de la presión osmótica con el de la presión hidrostática en determinadas situaciones. La presión hidrostática viene dada por:

 

donde ρ es la densidad del líquido (para agua: ρagua = 1 000 kg/m³), g es la aceleración de la gravedad (en la superficie terrestre: g = 9,81 m/s²), y h es la profundidad, expresada en metros.

Con esta fórmula, se puede comparar a qué profundidad de agua correspondería cualquier valor de la presión osmótica de la tabla anterior. Por ejemplo, a molalidad 1 gsac/kgagua corresponde una presión de 27,2 atm. De este modo, despejando h:

 

Y convirtiendo atmósferas a pascales (27,2 atm   2 750 000 Pa), obtenemos finalmente la altura:

 

Así, la presión osmótica sobre la membrana semipermeable que ejerce la disolución de un mol de sacarosa en un kilogramo de agua equivale a la presión a 281 m bajo el agua, un valor realmente elevado.

La presión osmótica como proceso termodinámico irreversible

Desde el punto de vista de la física, en un sistema binario no reaccionante, en el que los componentes no llevan carga eléctrica y existe una temperatura uniforme e igual para los dos reservorios, se tiene que la producción de entropía es:[12]

 

donde los flujos son simplemente el flujo de difusión relativo del compuesto 1 y el flujo relativo de velocidades de los componentes:

 

Las fuerzas termodinámicas son diferencias entre magnitudes intensivas entre los dos reservoirs: potencial químico y presión:

 

Las leyes fenomenológicas son:

 

De lo que se deduce, para una situación estacionaria ( ) que una diferencia de concentraciones en los reservorios provoca una diferencia de presiones y viceversa. Son los fenómenos de ósmosis y ósmosis inversa, dados por la relación:

 

A la diferencia de presiones   que provoca una determinada diferencia de concentración   se denomina presión osmótica. Los coeficientes   son los coeficientes fenomenológicos. Además las relaciones de Onsager-Casimir nos dicen que la paridad del proceso es positiva y  .

Relación entre presión osmótica y entropía

Desde el punto de vista de la termodinámica, se puede relacionar la presión osmótica con la entropía para explicar el sentido de flujo del disolvente. El paso de disolvente hacia la disolución representa un aumento de entropía del sistema. Las moléculas de soluto aumentan su desorden al diluir la disolución mezclándose con el disolvente que atraviesa la membrana, ya que las moléculas de soluto tienen más espacio para moverse, lo que representa un mayor número de posiciones disponibles (mayor desorden), y, por tanto, una mayor entropía. También las moléculas de disolvente tienen mayor desorden en una disolución que en estado puro. Si el disolvente pasase desde la disolución al disolvente puro el orden aumentaría, lo cual disminuiría la entropía y no se cumpliría el segundo principio de la termodinámica. Todo esto demostrable matemáticamente.[10]

Relaciones con otras magnitudes físicas y químicas

Disoluciones diluidas de no electrolitos

En el caso de disoluciones diluidas de no electrolitos, se aplica directamente la ecuación de van 't Hoff. Si la presión osmótica se produce entre dos disoluciones, en lugar de entre una disolución y el disolvente puro, en la ecuación figura la diferencia de concentraciones,  :

 

Sin embargo, la ecuación obtenida por el químico norteamericano Harmon Northrop Morse se ajusta mejor a las observaciones experimentales. Morse sustituyó la concentración expresada en molaridad de la ecuación de van 't Hoff, por la expresada en molalidad, m.[13]​ Así, la ecuación de Morse queda como sigue:

 

Realmente, la ecuación de Morse expresada en molalidad solamente es correcta si el disolvente es agua, ya que el volumen de agua expresado en litros coincide con su masa expresada en kilogramos.

Deducción termodinámica de las ecuaciones de Morse y van 't Hoff[14]
Si se produce flujo neto de disolvente hacia la disolución concentrada es debido a que el sistema formado no está en equilibrio, lo cual se puede representar mediante la diferencia existente entre los potenciales químicos de la disolución y del disolvente puro:
 

donde * representa que el disolvente es puro. Cuando se alcanza el equilibrio, la presión en la disolución es mayor que la presión en el disolvente en una cantidad   (presión osmótica). Se tendrá entonces el equilibrio:

 

El potencial químico de la disolución se podrá expresar en función del potencial químico del disolvente y de su fracción molar ( ), quedando la ecuación anterior como sigue:

 

la cual se puede reorganizar, obteniendo:

 

El miembro de la derecha corresponde a la diferencia de potenciales químicos del disolvente puro a dos presiones diferentes que se pueden relacionar con su volumen molar, con la ecuación:

 

Para esta ecuación se pueden realizar diversas aproximaciones:

  • Aproximación 1: Suponiendo constante el volumen molar, y despejando la presión osmótica,  , se obtiene la siguiente expresión:
 
  • Aproximación 2: Como la fracción molar del disolvente se puede expresar en función de la fracción molar del soluto ( ), podemos desarrollar  

mediante una serie de McLaurin, aproximando solamente al primer término:

 

De esta manera, la presión osmótica queda en función de la fracción molar de soluto:

 
  • Aproximación 3: Se puede expresar la fracción molar en función del número de moles de soluto y disolvente, y aproximando:
 

Obteniendo la presión osmótica en función del número de moles. De esta forma se obtiene la ecuación de Morse:

 

siendo   el volumen de disolvente.

  • Aproximación 4: Para una disolución diluida el volumen de disolvente coincide prácticamente con el volumen de la disolución:
 

donde   (c es la concentración molar de la disolución). De este modo se obtiene la ecuación de van 't Hoff:

 

Disoluciones diluidas de electrolitos

Jacobus Henricus van 't Hoff descubrió que las disoluciones de electrolitos no se comportan como las soluciones de no electrolitos, e introdujo el llamado factor de van't Hoff, un factor determinado empíricamente simbolizado por la letra  , y definido como el cociente entre el valor experimental de la presión osmótica media y el valor teórico que se deduce con la ecuación para disoluciones de no electrolitos:

 

De esta manera la nueva ecuación para la presión osmótica queda de la siguiente forma:

 

Este factor de corrección fue explicado por el químico sueco Svante August Arrhenius, quien entre 1883 y 1887 desarrolló la teoría de la disociación electrolítica,[15]​ según la cual las moléculas de los electrolitos se disocian en mayor o menor medida en iones cargados eléctricamente, capaces de transportar la corriente eléctrica, y existiendo un equilibrio entre las moléculas no disociadas y los iones. Por tanto, en disolución hay más partículas que las que se han disuelto ya que estas se rompen, se disocian, en partes más pequeñas. La presión osmótica, como las otras propiedades coligativas, depende del número total de partículas en disolución, de manera que en una disolución de electrolitos se tendrán más partículas que las disueltas, las cuales se han de tener en cuenta para calcular la concentración total. A modo de ejemplo, podemos suponer un electrolito binario como el cloruro de calcio, CaCl2, el cual alcanza el equilibrio de disociación en agua según la siguiente ecuación:

 

Por tanto, en disolución, hay más partículas que las disueltas inicialmente porque parte de estas partículas se han disociado en iones.[14]

Disoluciones reales

Para disoluciones concentradas, se ha de utilizar la actividad (más concretamente su logaritmo,  ) en lugar de las fracciones molares, y se debe tener en cuenta la influencia de la presión en el volumen molar del disolvente (en la deducción termodinámica se considera el volumen de disolvente constante). De esta manera se obtiene una expresión más precisa, aplicable a las disoluciones concentradas que contienen un término añadido donde aparece la presión osmótica al cuadrado:

 

donde   es el coeficiente de compresibilidad isotermo del disolvente.[14]

Deducción termodinámica de la ley de la presión osmótica para disoluciones reales[14]
Partiendo de las ecuaciones obtenidas anteriormente en la deducción termodinámica de las ecuaciones de Morse y van 't Hoff:
 
 

es posible obtener el volumen molar en función del coeficiente de compresibilidad isotermo del disolvente,  , y por tanto:

 

Integrando se obtiene:

 

Por lo que podemos igualar las expresiones correspondientes a la diferencia de potencial químico del disolvente a distinta presión:

 

Así, despejando el logaritmo de la actividad, queda:

 

En el caso de electrolitos, el coeficiente de actividad del disolvente permanece cercano a la unidad, aunque la concentración de electrolitos sea alta, y por tanto, con coeficientes de actividad del electrolito alejados de la unidad. Por este motivo, el coeficiente de actividad del disolvente no resulta adecuado para caracterizar las propiedades reales de la disolución electrolítica concentrada y se define el coeficiente osmótico ( ), por parte del químico danés Niels J. Bjerrum, de la siguiente manera:

 

Así, la expresión de la presión osmótica para electrolitos queda corregida con el coeficiente osmótico:[14]

 

La presión osmótica en la naturaleza

La presión osmótica en el medio interno

 
Difusión de agua en las células vegetales por efecto de la presión osmótica.
 
Efecto de la diferencia en presión osmótica en eritrocitos en plasma con distintas concentraciones.

La ósmosis tiene una gran importancia en los seres vivos. Las células de los organismos están rodeadas por fluidos acuosos, como la sangre, la linfa, o la savia, que contienen concentraciones de diferentes solutos. Las membranas celulares son permeables al agua, al oxígeno, al nitrógeno, al dióxido de carbono, y a otras moléculas orgánicas de pequeño tamaño, como glucosa o aminoácidos, mientras que son impermeables a las moléculas poliméricas, como proteínas y polisacáridos. En cambio, los iones inorgánicos y los disacáridos, como la sacarosa, pasan muy lentamente a través de las membranas celulares.

Las células también tienen la capacidad de transportar especies químicas a través de su membrana desde una región de baja concentración de la especie a una región de concentración más elevada, en sentido contrario al del flujo espontáneo. Los mecanismos que originan este tipo de transporte, denominado transporte activo, son complejos y todavía no se conocen totalmente. Un ejemplo típico de transporte activo es el de cationes potasio, K+, hacia el interior de las células desde los líquidos circundantes, que tienen menor concentración de cationes potasio.

En ausencia de transporte activo, la membrana celular permite el paso de moléculas de agua y de todos los solutos permeables hasta que se igualen sus respectivos potenciales químicos a ambos lados de la membrana. No obstante, existe un gran número de especies, tanto en el fluido que rodea la célula como en el fluido celular o citoplasma, que no pueden atravesar la membrana. Si la concentración total de este soluto es más grande en el fluido que rodea la célula, esta perderá agua por ósmosis, y se dice que el fluido circundante es hipertónico respecto al fluido celular (tiene mayor presión osmótica). En caso contrario, cuando la concentración total del soluto que no puede atravesar la membrana es mayor en el fluido de la célula, esta ganará agua del líquido hipotónico circundante (de menor presión osmótica). Cuando no se produce transferencia neta de agua entre el fluido celular y el que rodea la célula, se dice que los dos fluidos son isotónicos, es decir, tienen la misma presión osmótica. La sangre y la linfa son aproximadamente isotónicos respecto de las células de un organismo.

Los líquidos de las inyecciones contienen una disolución salina isotónica con la sangre, porque si se inyectara agua directamente, los eritrocitos de la sangre la absorberían por ósmosis hasta estallar.[7]

Osmorreceptores

 
Hormona antidiurética, vasopresina o ADH. H blanco, C gris, O rojo, N azul, S amarillo.

Existen unas células especializadas en detectar cambios de la presión osmótica en los líquidos corporales (plasma sanguíneo, fluido intercelular...), llamadas osmorreceptores. Los osmorreceptores pueden localizarse en algunas estructuras, como en el hipotálamo, en las arterias, entre otros lugares. Mediante estas células, el organismo puede regular la concentración de sales en sus fluidos, la osmolalidad.[16]​ En los seres humanos, son osmorreceptores los núcleos supraóptico o paraventricular. Por medio de las hormonas antidiuréticas (también llamada vasopresina, ADH o pitresina), los osmorreceptores inhiben la diuresis con tal de mantener la presión osmótica de la sangre correspondiente a una osmolalidad media de 285 osmol/kg. Es suficiente una variación de tan solo 3 osmol/kg para activar este mecanismo.[17]

La absorción de agua en los vegetales

 
Semillas germinadas con la radícula llena de pelos absorbentes.

Los vegetales utilizan la presión osmótica para hacer ascender agua a través del xilema desde las raíces hasta las hojas. Así se ha comprobado en los arces el comenzar la primavera y se inicia el movimiento de la savia. Las raíces tienen una gran concentración de azúcares almacenados, producidos durante el verano. Cuando se funde la nieve, el agua llega en grandes cantidades a las raíces y entra dentro de ellas a través de pelos absorbentes, y por efecto de la presión osmótica la savia sube hacia las hojas. Sin embargo, en la mayoría de los vegetales no es posible explicar la ascensión de la savia hasta las hojas por medio de la presión osmótica. En las partes más elevadas del vegetal, la savia asciende debido al descenso de presión provocado por la transpiración de las hojas. En ocasiones, en lugar de que las raíces presenten grandes concentraciones de azúcares, se encuentran rodeadas de agua muy salada, produciéndose el fenómeno conocido como ósmosis inversa; este es el caso de los mangles.[18]

Organismos osmófilos

 
Levadura de la especie Saccharomyces cerevisiae, utilizada para la fermentación de la cerveza.

Se denominan osmófilos los organismos extremófilos que pueden crecer en ambientes con una alta concentración de azúcares.[16]​ Casi todos los microorganismos osmófilos son levaduras. Los osmófilos son similares a los organismos halófilos (medios salinos). La alta concentración de azúcar representa un factor limitante en el crecimiento de muchos microorganismos, pero los osmófilos logran protegerse contra la elevada presión osmótica por medio de la síntesis de osmoprotectores, como alcoholes y aminoácidos. Estos organismos son importantes porque causan el deterioro de productos como los zumos de frutas, los jarabes o la miel, además de tener aplicaciones industriales como la fermentación de la cerveza. Algunos ejemplos de este tipo de microorganismos osmófilos son: Saccharomyces rouxii, Saccharomyces bailii, Debaryomyces, y Saccharomyces cerevisiae, la levadura de la cerveza. "Saccharomyces" deriva del griego, que significa "moho del azúcar".

Aplicaciones

Científicas

Una de las aplicaciones científicas de la presión osmótica es la determinación de masas moleculares o masas molares, de macromoléculas. A partir de la ecuación de van't Hoff se puede despejar la masa molar, M, del soluto disuelto:

 

Despejando la masa molar, ésta queda en función de constantes y variables que se pueden medir en el laboratorio: la masa disuelta de soluto, la constante de los gases ideales, R, la temperatura absoluta, T, el volumen de disolución, V, y la presión osmótica,  :

 

Analíticas

En los laboratorios se puede determinar la concentración total de partículas en disoluciones osmóticamente activas, lo que se conoce como osmolaridad u osmolalidad, midiendo la presión osmótica. Los aparatos que se utilizan se denominan osmómetros de membrana. Se trata de aparatos automatizados que permiten la realización de las determinaciones de presión osmótica de forma rápida.

Industriales

 
Bobina de membrana semipermeable empleada en la desalinización del agua salobre.

En la industria se emplea la ósmosis inversa. Se trata de un procedimiento que invierte la difusión normal de disolvente desde la disolución diluida hacia la disolución concentrada, aplicando una presión sobre la disolución concentrada que supera a la presión osmótica, permitiendo el paso de disolvente desde la disolución concentrada a la diluida.

Los campos de aplicación de la ósmosis inversa son cada vez más numerosos. Las áreas de la ingeniería que más se han visto beneficiadas con estas aplicaciones son principalmente las industrias de los alimentos, del papel, la biomedicina, la petroquímica, la nuclear y, entre otras, la de separación o purificación de gases, donde se obtiene hidrógeno de la disociación del amonio, sulfuro de hidrógeno del gas natural de las refinerías, helio del gas natural, así como el enriquecimiento de oxígeno a partir del aire. También cabe destacar la recuperación de sustancias valiosas en fluidos de deshechos industriales. No obstante, la aplicación más importante es la desalinización del agua salada marina para su potabilización, lo cual ha permitido abastecer con agua de calidad a poblaciones situadas en lugares donde los recursos hidráulicos son insuficientes.

Véase también

Referencias

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Bibliografía

  • Castillo, L.F. (1997). El fenómeno mágico de la ósmosis. Fondo de Cultura Económica. ISBN 968-16-5241-X. 

Enlaces externos

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  •   Datos: Q193135
  •   Multimedia: Osmotic pressure

presión, osmótica, presión, osmótica, puede, definirse, como, presión, debe, aplicar, solución, para, detener, flujo, neto, disolvente, través, membrana, semipermeable, presión, osmótica, cuatro, propiedades, coligativas, soluciones, dependen, número, partícul. La presion osmotica puede definirse como la presion que se debe aplicar a una solucion para detener el flujo neto de disolvente a traves de una membrana semipermeable 1 La presion osmotica es una de las cuatro propiedades coligativas de las soluciones dependen del numero de particulas en disolucion sin importar su naturaleza Se trata de una de las caracteristicas principales a tener en cuenta en las relaciones de los liquidos que constituyen el medio interno de los seres vivos ya que la membrana plasmatica regula la entrada y salida de soluto al medio extracelular que la rodea ejerciendo como barrera de control Esquema de una membrana semipermeable en amarillo Las particulas grandes de la sangre en rojo no pueden atravesar la membrana mientras que las pequenas si Cuando se colocan soluciones de distinta concentracion separadas por una membrana semipermeable membrana que deja pasar las moleculas de disolvente pero no las de los solutos las moleculas de disolvente pasan habitualmente desde la solucion con menor concentracion de solutos a la de mayor concentracion Este fenomeno recibe el nombre de osmosis palabra que deriva del griego osmos que significa impulso 2 Al suceder la osmosis se crea una diferencia de presion en ambos lados de la membrana semipermeable la presion osmotica Indice 1 Presion osmotica de equilibrio 2 Historia 3 Teorias 3 1 Teoria de van t Hoff 3 2 Otras teorias 4 Magnitud de la presion osmotica 4 1 Comparacion entre presion osmotica y presion hidrostatica 5 La presion osmotica como proceso termodinamico irreversible 5 1 Relacion entre presion osmotica y entropia 6 Relaciones con otras magnitudes fisicas y quimicas 6 1 Disoluciones diluidas de no electrolitos 6 2 Disoluciones diluidas de electrolitos 6 3 Disoluciones reales 7 La presion osmotica en la naturaleza 7 1 La presion osmotica en el medio interno 7 2 Osmorreceptores 7 3 La absorcion de agua en los vegetales 7 4 Organismos osmofilos 8 Aplicaciones 8 1 Cientificas 8 2 Analiticas 8 3 Industriales 9 Vease tambien 10 Referencias 11 Bibliografia 12 Enlaces externosPresion osmotica de equilibrio Editar Esquema del modo de accion de la presion osmotica En azul se representan las moleculas de disolvente y en rojo las de soluto La disolucion mas concentrada se denomina hipertonica y la diluida hipotonica La presion osmotica consecuencia de la diferencia inicial de concentraciones produce el pasaje de moleculas de solvente a traves de la membrana hacia la parte de mayor concentracion de esta manera va disminuyendo la diferencia de concentracion y por lo tanto tambien la presion osmotica Ademas aparece una diferencia de altura h y en consecuencia una presion hidrostatica que a diferencia de la osmotica tiende a empujar el solvente hacia la parte diluida La diferencia de altura aumenta y por lo tanto tambien aumenta esa presion hidrostatica Finalmente las presiones osmotica e hidrostatica se igualan deteniendose el flujo neto de moleculas hacia la parte de mayor concentracion La diferencia de concentracion se ha reducido pero no ha desaparecido la parte concentrada sigue siendo mas concentrada porque la presion hidrostatica impide que la presion osmotica alcance la igualacion de concentraciones Historia Editar Osmometro empleado por Wilhelm Pfeffer Las primeras investigaciones sobre la presion osmotica fueron realizadas en 1748 por el abad frances Jean Antoine Nollet cuando era profesor de fisica en el colegio de Navarra quien descubrio la existencia de las membranas semipermeables Nollet obtuvo una membrana a partir de una vejiga de cerdo coloco alcohol a un lado y agua al otro y observo que el agua fluia a traves de la vejiga para mezclarse con el alcohol pero el alcohol no lo hacia 3 No obstante el descubrimiento de la osmosis en membranas semipermeables se le atribuye a Henri Dutrochet considerado uno de los grandes fisiologos del siglo XIX en el ano 1828 4 Dutrochet descubrio este fenomeno al observar que la difusion de disolvente a traves de una membrana semipermeable ocurria siempre desde la disolucion de menor concentracion de un soluto el cual no podia atravesarla hasta la disolucion de mayor concentracion ademas el disolvente que fluye es capaz de ejercer una presion sobre la membrana la presion osmotica Dutrochet construyo el primer dispositivo experimental para observar la presencia de la presion osmotica denominado osmometro Al descubrir la osmosis declaro Este descubrimiento que he hecho pertenece a una clase nueva de fenomenos fisicos que sin duda alguna intervienen fuertemente en los procesos vitales 3 De este modo Dutrochet intuyo la importancia del fenomeno en las celulas las cuales absorberian o retendrian determinadas sustancias El ingles Thomas Graham descubrio en 1854 que las sustancias coloidales no atravesaban ciertas membranas Sin embargo los primeros estudios cuantitativos datan de 1877 y se deben al aleman Wilhelm Pfeffer 5 profesor de botanica en Tubingen y Leipzig quien preparo una membrana semipermeable artificial precipitando hexacianoferrato II de cobre II Cu2 Fe CN 6 sobre las paredes de un vaso poroso 6 Pfeffer a partir de la medicion de presiones osmoticas en multitud de disoluciones de solutos no volatiles llego a las siguientes conclusiones 1 A presion constante la presion osmotica es directamente proporcional a la concentracion de soluto 2 La presion osmotica de una concentracion determinada es directamente proporcional a la temperatura 3 A una temperatura determinada dos disoluciones con el mismo numero de moles tienen la misma presion osmotica 7 Pfeffer midio la presion osmotica en soluciones de azucar y otras moleculas organicas logrando presiones de hasta algo mas de 200 atmosferas 3 El neerlandes Jacobus Henricus van t Hoff realizo un estudio sistematico de las propiedades coligativas de las disoluciones que publico en 1885 8 En este articulo van t Hoff formula una expresion para disoluciones diluidas que relaciona la presion osmotica con la concentracion del soluto la cual es similar a la ecuacion de los gases ideales y proporciona la primera teoria para explicar la presion osmotica P R T c displaystyle Pi R cdot T cdot c donde P displaystyle Pi es la presion osmotica en atmosferas atm R displaystyle R es la constante universal de los gases ideales aunque a pesar de su nombre no solo se aplica a gases como es el caso Su valor es de 0 082 atm L K 1 mol 1 T displaystyle T es la temperatura absoluta en kelvin K c displaystyle c es la concentracion molar o molaridad de la disolucion medida en mol L 1 Jean Antoine Nollet Henri Dutrochet Jacobus Henricus van t Hoff Teorias EditarTeoria de van t Hoff Editar Las particulas de un gas se mueven en todas direcciones y chocan entre ellas mismas y con las paredes del recipiente Los choques contra las paredes representan la presion del gas En esta animacion el disolvente se representa con bolas azules y el soluto con bolas rojas Se han propuesto diversas teorias para explicar la causa de la osmosis La primera teoria fue la del bombardeo de van t Hoff que esta basada en la analogia entre la ecuacion de la presion osmotica y la ley de los gases ideales Van t Hoff describio la presion osmotica como el resultado de las colisiones de las moleculas de soluto contra la membrana semipermeable y supuso que las moleculas de disolvente no contribuian de ninguna manera Con este modelo la presion osmotica de una disolucion es la misma presion que un gas ideal ejerceria si ocupase el mismo volumen de la disolucion Otras teorias Editar La suposicion en la teoria de van t Hoff de que las moleculas del disolvente no ejercen ningun efecto sobre la presion osmotica constituye un interrogante ya que estas particulas se encuentran golpeando continuamente la membrana semipermeable De este problema surge otra teoria que considera el bombardeo de las moleculas de disolvente segun esta teoria las moleculas de disolvente bombardean la membrana semipermeable de manera desigual y provocan la osmosis y la presion osmotica aunque la diferencia de presiones aumente con la cantidad de soluto Una tercera teoria explica la osmosis en base al descenso de la presion de vapor el cual da lugar a que el disolvente se difunda a traves de la membrana hasta que se igualan las dos presiones Si se aplica una presion igual a la presion osmotica de la disolucion se saturara la destilacion y se necesitaria una presion mayor para invertir la direccion 6 9 El flujo de disolvente a traves de una membrana semipermeable es analogo al flujo de disolvente en la fase vapor que se produce si se dejan dentro de un recipiente cerrado muestras del disolvente y de una disolucion Como la presion de vapor del disolvente es mayor se produce una transferencia neta de disolvente hacia la disolucion El flujo de disolvente continua hasta que todo el disolvente ha pasado a la disolucion 10 Magnitud de la presion osmotica EditarLa presion osmotica como su nombre indica es una presion y por tanto tiene las mismas unidades que el resto de presiones es decir Pascales Pa en el Sistema Internacional aunque tradicionalmente tambien se utilizan las atmosferas atm La molaridad mide la cantidad de masa del soluto por volumen de disolucion La molaridad y la presion osmotica son dos magnitudes relacionadas proporcionalmente el aumento o disminucion de una de ellas produce el mismo efecto en la otra aunque en distinta proporcion Del mismo modo la temperatura medida en kelvin K tambien posee la misma relacion con la presion osmotica A continuacion se muestra una tabla con los valores de la presion osmotica correspondientes a diferentes concentraciones de sacarosa a una temperatura constante de 293 K 20 C La concentracion se expresa en molalidad y no en molaridad segun la ecuacion de Morse pero las diferencias son minimas Presion osmotica experimental de disoluciones de sacarosa a 20 C 11 Molalidad moles de sacarosa kg de agua 0 1 1 0 2 0 3 0 4 0 6 0Presion osmotica atm 2 47 27 2 58 4 95 2 139 0 232 3 Comparacion entre presion osmotica y presion hidrostatica Editar Al tratarse ambas de presiones se puede comparar el valor de la presion osmotica con el de la presion hidrostatica en determinadas situaciones La presion hidrostatica viene dada por P h r g h displaystyle P h rho cdot g cdot h donde r es la densidad del liquido para agua ragua 1 000 kg m g es la aceleracion de la gravedad en la superficie terrestre g 9 81 m s y h es la profundidad expresada en metros Con esta formula se puede comparar a que profundidad de agua corresponderia cualquier valor de la presion osmotica de la tabla anterior Por ejemplo a molalidad 1 gsac kgagua corresponde una presion de 27 2 atm De este modo despejando h h 27 2 a t m 1000 k g m 3 9 81 m s 2 displaystyle h frac 27 2 atm 1000 kg m 3 cdot 9 81 m s 2 Y convirtiendo atmosferas a pascales 27 2 atm displaystyle simeq 2 750 000 Pa obtenemos finalmente la altura h 281 m displaystyle h 281 m Asi la presion osmotica sobre la membrana semipermeable que ejerce la disolucion de un mol de sacarosa en un kilogramo de agua equivale a la presion a 281 m bajo el agua un valor realmente elevado La presion osmotica como proceso termodinamico irreversible EditarDesde el punto de vista de la fisica en un sistema binario no reaccionante en el que los componentes no llevan carga electrica y existe una temperatura uniforme e igual para los dos reservorios se tiene que la produccion de entropia es 12 s i n J i X i j 1 D m 1 T p T j v D p T displaystyle sigma sum i n J i X i j 1 frac Delta mu 1 T p T j v frac Delta p T donde los flujos son simplemente el flujo de difusion relativo del compuesto 1 y el flujo relativo de velocidades de los componentes j 1 j 1 c 1 c 2 j 2 j v v 1 j 1 v 2 j 2 displaystyle j 1 j 1 frac c 1 c 2 j 2 qquad j v v 1 j 1 v 2 j 2 Las fuerzas termodinamicas son diferencias entre magnitudes intensivas entre los dos reservoirs potencial quimico y presion X 1 D m 1 T p T m 11 c D c 1 T X v D p T displaystyle left X 1 frac Delta mu 1 T p T mu 11 c frac Delta c 1 T qquad qquad X v frac Delta p T right Las leyes fenomenologicas son j 1 j v L 11 l v 1 L 1 v L v v m 11 c D c 1 T D p T displaystyle begin bmatrix j 1 j v end bmatrix begin bmatrix Lambda 11 amp lambda v1 Lambda 1v amp Lambda vv end bmatrix begin bmatrix mu 11 c frac Delta c 1 T frac Delta p T end bmatrix De lo que se deduce para una situacion estacionaria j v 0 displaystyle j v 0 que una diferencia de concentraciones en los reservorios provoca una diferencia de presiones y viceversa Son los fenomenos de osmosis y osmosis inversa dados por la relacion D p D c 1 m 11 c L v 1 L v v displaystyle frac Delta p Delta c 1 mu 11 c frac Lambda v1 Lambda vv A la diferencia de presiones D p displaystyle Delta p que provoca una determinada diferencia de concentracion D c 1 displaystyle Delta c 1 se denomina presion osmotica Los coeficientes L a displaystyle Lambda alpha son los coeficientes fenomenologicos Ademas las relaciones de Onsager Casimir nos dicen que la paridad del proceso es positiva y L v 1 L 1 v displaystyle Lambda v1 Lambda 1v Relacion entre presion osmotica y entropia Editar Desde el punto de vista de la termodinamica se puede relacionar la presion osmotica con la entropia para explicar el sentido de flujo del disolvente El paso de disolvente hacia la disolucion representa un aumento de entropia del sistema Las moleculas de soluto aumentan su desorden al diluir la disolucion mezclandose con el disolvente que atraviesa la membrana ya que las moleculas de soluto tienen mas espacio para moverse lo que representa un mayor numero de posiciones disponibles mayor desorden y por tanto una mayor entropia Tambien las moleculas de disolvente tienen mayor desorden en una disolucion que en estado puro Si el disolvente pasase desde la disolucion al disolvente puro el orden aumentaria lo cual disminuiria la entropia y no se cumpliria el segundo principio de la termodinamica Todo esto demostrable matematicamente 10 Relaciones con otras magnitudes fisicas y quimicas EditarDisoluciones diluidas de no electrolitos Editar En el caso de disoluciones diluidas de no electrolitos se aplica directamente la ecuacion de van t Hoff Si la presion osmotica se produce entre dos disoluciones en lugar de entre una disolucion y el disolvente puro en la ecuacion figura la diferencia de concentraciones D C displaystyle Delta C P R T D c displaystyle Pi R cdot T cdot Delta c Sin embargo la ecuacion obtenida por el quimico norteamericano Harmon Northrop Morse se ajusta mejor a las observaciones experimentales Morse sustituyo la concentracion expresada en molaridad de la ecuacion de van t Hoff por la expresada en molalidad m 13 Asi la ecuacion de Morse queda como sigue P R T D m displaystyle Pi R cdot T cdot Delta m Realmente la ecuacion de Morse expresada en molalidad solamente es correcta si el disolvente es agua ya que el volumen de agua expresado en litros coincide con su masa expresada en kilogramos Deduccion termodinamica de las ecuaciones de Morse y van t Hoff 14 Si se produce flujo neto de disolvente hacia la disolucion concentrada es debido a que el sistema formado no esta en equilibrio lo cual se puede representar mediante la diferencia existente entre los potenciales quimicos de la disolucion y del disolvente puro m d i s lt m l displaystyle mu dis lt mu l donde representa que el disolvente es puro Cuando se alcanza el equilibrio la presion en la disolucion es mayor que la presion en el disolvente en una cantidad P displaystyle Pi presion osmotica Se tendra entonces el equilibrio m d i s P P m l P displaystyle mu dis P Pi mu l P El potencial quimico de la disolucion se podra expresar en funcion del potencial quimico del disolvente y de su fraccion molar x 1 displaystyle x 1 quedando la ecuacion anterior como sigue m l P P R T ln x 1 m l P displaystyle mu l P Pi R cdot T cdot ln x 1 mu l P la cual se puede reorganizar obteniendo R T ln x 1 m l P m l P P displaystyle R cdot T cdot ln x 1 mu l P mu l P Pi El miembro de la derecha corresponde a la diferencia de potenciales quimicos del disolvente puro a dos presiones diferentes que se pueden relacionar con su volumen molar con la ecuacion m l P m l P P P P P V m 1 d P displaystyle mu l P mu l P Pi int P P Pi V m 1 dP Para esta ecuacion se pueden realizar diversas aproximaciones Aproximacion 1 Suponiendo constante el volumen molar y despejando la presion osmotica P displaystyle Pi se obtiene la siguiente expresion P R T V m 1 ln x 1 displaystyle Pi frac R cdot T V m 1 cdot ln x 1 Aproximacion 2 Como la fraccion molar del disolvente se puede expresar en funcion de la fraccion molar del soluto x 1 1 x 2 displaystyle x 1 1 x 2 podemos desarrollar ln 1 x 2 displaystyle ln 1 x 2 mediante una serie de McLaurin aproximando solamente al primer termino ln 1 x 2 x 2 x 2 2 2 x 2 3 3 x 2 4 4 x 2 displaystyle ln 1 x 2 x 2 frac x 2 2 2 frac x 2 3 3 frac x 2 4 4 approx x 2 De esta manera la presion osmotica queda en funcion de la fraccion molar de soluto P R T V m 1 x 2 displaystyle Pi frac R cdot T V m 1 cdot x 2 Aproximacion 3 Se puede expresar la fraccion molar en funcion del numero de moles de soluto y disolvente y aproximando x 2 n 2 n 1 n 2 n 2 n 1 displaystyle x 2 frac n 2 n 1 n 2 approx frac n 2 n 1 Obteniendo la presion osmotica en funcion del numero de moles De esta forma se obtiene la ecuacion de Morse P R T n 2 V 1 displaystyle Pi frac R cdot T cdot n 2 V 1 siendo V 1 displaystyle V 1 el volumen de disolvente Aproximacion 4 Para una disolucion diluida el volumen de disolvente coincide practicamente con el volumen de la disolucion P R T n 2 V displaystyle Pi frac R cdot T cdot n 2 V donde n 2 V c 2 displaystyle frac n 2 V c 2 c es la concentracion molar de la disolucion De este modo se obtiene la ecuacion de van t Hoff P R T c 2 displaystyle Pi R cdot T cdot c 2 Disoluciones diluidas de electrolitos Editar Jacobus Henricus van t Hoff descubrio que las disoluciones de electrolitos no se comportan como las soluciones de no electrolitos e introdujo el llamado factor de van t Hoff un factor determinado empiricamente simbolizado por la letra i displaystyle i y definido como el cociente entre el valor experimental de la presion osmotica media y el valor teorico que se deduce con la ecuacion para disoluciones de no electrolitos i P e x p P t e o r i c o displaystyle i frac Pi exp Pi teorico De esta manera la nueva ecuacion para la presion osmotica queda de la siguiente forma P i R T D c displaystyle Pi i cdot R cdot T cdot Delta c Este factor de correccion fue explicado por el quimico sueco Svante August Arrhenius quien entre 1883 y 1887 desarrollo la teoria de la disociacion electrolitica 15 segun la cual las moleculas de los electrolitos se disocian en mayor o menor medida en iones cargados electricamente capaces de transportar la corriente electrica y existiendo un equilibrio entre las moleculas no disociadas y los iones Por tanto en disolucion hay mas particulas que las que se han disuelto ya que estas se rompen se disocian en partes mas pequenas La presion osmotica como las otras propiedades coligativas depende del numero total de particulas en disolucion de manera que en una disolucion de electrolitos se tendran mas particulas que las disueltas las cuales se han de tener en cuenta para calcular la concentracion total A modo de ejemplo podemos suponer un electrolito binario como el cloruro de calcio CaCl2 el cual alcanza el equilibrio de disociacion en agua segun la siguiente ecuacion C a C l 2 C a a q 2 2 C l a q displaystyle CaCl 2 rightleftharpoons Ca aq 2 2Cl aq Por tanto en disolucion hay mas particulas que las disueltas inicialmente porque parte de estas particulas se han disociado en iones 14 Disoluciones reales Editar Para disoluciones concentradas se ha de utilizar la actividad mas concretamente su logaritmo ln a displaystyle ln a en lugar de las fracciones molares y se debe tener en cuenta la influencia de la presion en el volumen molar del disolvente en la deduccion termodinamica se considera el volumen de disolvente constante De esta manera se obtiene una expresion mas precisa aplicable a las disoluciones concentradas que contienen un termino anadido donde aparece la presion osmotica al cuadrado ln a 1 V m 1 P R T P k T 1 V m 1 P 2 R T P 2 displaystyle ln a 1 frac V m 1 P R cdot T cdot Pi frac kappa T 1 cdot V m 1 P 2 cdot R cdot T cdot Pi 2 donde k T 1 displaystyle kappa T 1 es el coeficiente de compresibilidad isotermo del disolvente 14 Deduccion termodinamica de la ley de la presion osmotica para disoluciones reales 14 Partiendo de las ecuaciones obtenidas anteriormente en la deduccion termodinamica de las ecuaciones de Morse y van t Hoff R T ln x 1 m l P m l P P displaystyle R cdot T cdot ln x 1 mu l P mu l P Pi m l P m l P P P P P V m 1 d P displaystyle mu l P mu l P Pi int P P Pi V m 1 dP es posible obtener el volumen molar en funcion del coeficiente de compresibilidad isotermo del disolvente k T 1 displaystyle kappa T 1 y por tanto m l P m l P P P P P V m 1 P k T 1 V m 1 P P d P displaystyle mu l P mu l P Pi int P P Pi V m 1 P kappa T 1 cdot V m 1 P cdot P dP Integrando se obtiene m l P m l P P V m 1 P P 1 2 k T 1 V m 1 P P 2 displaystyle mu l P mu l P Pi V m 1 P cdot Pi frac 1 2 cdot kappa T 1 cdot V m 1 P cdot Pi 2 Por lo que podemos igualar las expresiones correspondientes a la diferencia de potencial quimico del disolvente a distinta presion R T ln a 1 V m 1 P P 1 2 k T 1 V m 1 P P 2 displaystyle R cdot T cdot ln a 1 V m 1 P cdot Pi frac 1 2 cdot kappa T 1 cdot V m 1 P cdot Pi 2 Asi despejando el logaritmo de la actividad queda ln a 1 V m 1 P R T P k T 1 V m 1 P 2 R T P 2 displaystyle ln a 1 frac V m 1 P R cdot T cdot Pi frac kappa T 1 cdot V m 1 P 2 cdot R cdot T cdot Pi 2 En el caso de electrolitos el coeficiente de actividad del disolvente permanece cercano a la unidad aunque la concentracion de electrolitos sea alta y por tanto con coeficientes de actividad del electrolito alejados de la unidad Por este motivo el coeficiente de actividad del disolvente no resulta adecuado para caracterizar las propiedades reales de la disolucion electrolitica concentrada y se define el coeficiente osmotico ϕ x displaystyle phi x por parte del quimico danes Niels J Bjerrum de la siguiente manera ϕ x ln a 1 ln x 1 displaystyle phi x frac ln a 1 ln x 1 Asi la expresion de la presion osmotica para electrolitos queda corregida con el coeficiente osmotico 14 P ϕ x i R T D c displaystyle Pi phi x cdot i cdot R cdot T cdot Delta c La presion osmotica en la naturaleza EditarLa presion osmotica en el medio interno Editar Difusion de agua en las celulas vegetales por efecto de la presion osmotica Efecto de la diferencia en presion osmotica en eritrocitos en plasma con distintas concentraciones La osmosis tiene una gran importancia en los seres vivos Las celulas de los organismos estan rodeadas por fluidos acuosos como la sangre la linfa o la savia que contienen concentraciones de diferentes solutos Las membranas celulares son permeables al agua al oxigeno al nitrogeno al dioxido de carbono y a otras moleculas organicas de pequeno tamano como glucosa o aminoacidos mientras que son impermeables a las moleculas polimericas como proteinas y polisacaridos En cambio los iones inorganicos y los disacaridos como la sacarosa pasan muy lentamente a traves de las membranas celulares Las celulas tambien tienen la capacidad de transportar especies quimicas a traves de su membrana desde una region de baja concentracion de la especie a una region de concentracion mas elevada en sentido contrario al del flujo espontaneo Los mecanismos que originan este tipo de transporte denominado transporte activo son complejos y todavia no se conocen totalmente Un ejemplo tipico de transporte activo es el de cationes potasio K hacia el interior de las celulas desde los liquidos circundantes que tienen menor concentracion de cationes potasio En ausencia de transporte activo la membrana celular permite el paso de moleculas de agua y de todos los solutos permeables hasta que se igualen sus respectivos potenciales quimicos a ambos lados de la membrana No obstante existe un gran numero de especies tanto en el fluido que rodea la celula como en el fluido celular o citoplasma que no pueden atravesar la membrana Si la concentracion total de este soluto es mas grande en el fluido que rodea la celula esta perdera agua por osmosis y se dice que el fluido circundante es hipertonico respecto al fluido celular tiene mayor presion osmotica En caso contrario cuando la concentracion total del soluto que no puede atravesar la membrana es mayor en el fluido de la celula esta ganara agua del liquido hipotonico circundante de menor presion osmotica Cuando no se produce transferencia neta de agua entre el fluido celular y el que rodea la celula se dice que los dos fluidos son isotonicos es decir tienen la misma presion osmotica La sangre y la linfa son aproximadamente isotonicos respecto de las celulas de un organismo Los liquidos de las inyecciones contienen una disolucion salina isotonica con la sangre porque si se inyectara agua directamente los eritrocitos de la sangre la absorberian por osmosis hasta estallar 7 Osmorreceptores Editar Hormona antidiuretica vasopresina o ADH H blanco C gris O rojo N azul S amarillo Existen unas celulas especializadas en detectar cambios de la presion osmotica en los liquidos corporales plasma sanguineo fluido intercelular llamadas osmorreceptores Los osmorreceptores pueden localizarse en algunas estructuras como en el hipotalamo en las arterias entre otros lugares Mediante estas celulas el organismo puede regular la concentracion de sales en sus fluidos la osmolalidad 16 En los seres humanos son osmorreceptores los nucleos supraoptico o paraventricular Por medio de las hormonas antidiureticas tambien llamada vasopresina ADH o pitresina los osmorreceptores inhiben la diuresis con tal de mantener la presion osmotica de la sangre correspondiente a una osmolalidad media de 285 osmol kg Es suficiente una variacion de tan solo 3 osmol kg para activar este mecanismo 17 La absorcion de agua en los vegetales Editar Semillas germinadas con la radicula llena de pelos absorbentes Los vegetales utilizan la presion osmotica para hacer ascender agua a traves del xilema desde las raices hasta las hojas Asi se ha comprobado en los arces el comenzar la primavera y se inicia el movimiento de la savia Las raices tienen una gran concentracion de azucares almacenados producidos durante el verano Cuando se funde la nieve el agua llega en grandes cantidades a las raices y entra dentro de ellas a traves de pelos absorbentes y por efecto de la presion osmotica la savia sube hacia las hojas Sin embargo en la mayoria de los vegetales no es posible explicar la ascension de la savia hasta las hojas por medio de la presion osmotica En las partes mas elevadas del vegetal la savia asciende debido al descenso de presion provocado por la transpiracion de las hojas En ocasiones en lugar de que las raices presenten grandes concentraciones de azucares se encuentran rodeadas de agua muy salada produciendose el fenomeno conocido como osmosis inversa este es el caso de los mangles 18 Organismos osmofilos Editar Levadura de la especie Saccharomyces cerevisiae utilizada para la fermentacion de la cerveza Se denominan osmofilos los organismos extremofilos que pueden crecer en ambientes con una alta concentracion de azucares 16 Casi todos los microorganismos osmofilos son levaduras Los osmofilos son similares a los organismos halofilos medios salinos La alta concentracion de azucar representa un factor limitante en el crecimiento de muchos microorganismos pero los osmofilos logran protegerse contra la elevada presion osmotica por medio de la sintesis de osmoprotectores como alcoholes y aminoacidos Estos organismos son importantes porque causan el deterioro de productos como los zumos de frutas los jarabes o la miel ademas de tener aplicaciones industriales como la fermentacion de la cerveza Algunos ejemplos de este tipo de microorganismos osmofilos son Saccharomyces rouxii Saccharomyces bailii Debaryomyces y Saccharomyces cerevisiae la levadura de la cerveza Saccharomyces deriva del griego que significa moho del azucar Aplicaciones EditarCientificas Editar Una de las aplicaciones cientificas de la presion osmotica es la determinacion de masas moleculares o masas molares de macromoleculas A partir de la ecuacion de van t Hoff se puede despejar la masa molar M del soluto disuelto P c R T n V R T m M V R T displaystyle Pi c cdot R cdot T frac n V cdot R cdot T frac frac m M V cdot R cdot T Despejando la masa molar esta queda en funcion de constantes y variables que se pueden medir en el laboratorio la masa disuelta de soluto la constante de los gases ideales R la temperatura absoluta T el volumen de disolucion V y la presion osmotica P displaystyle Pi M m R T P V displaystyle M frac m cdot R cdot T Pi cdot V Analiticas Editar Articulo principal Osmometro En los laboratorios se puede determinar la concentracion total de particulas en disoluciones osmoticamente activas lo que se conoce como osmolaridad u osmolalidad midiendo la presion osmotica Los aparatos que se utilizan se denominan osmometros de membrana Se trata de aparatos automatizados que permiten la realizacion de las determinaciones de presion osmotica de forma rapida Industriales Editar Vease tambien osmosis inversa Bobina de membrana semipermeable empleada en la desalinizacion del agua salobre En la industria se emplea la osmosis inversa Se trata de un procedimiento que invierte la difusion normal de disolvente desde la disolucion diluida hacia la disolucion concentrada aplicando una presion sobre la disolucion concentrada que supera a la presion osmotica permitiendo el paso de disolvente desde la disolucion concentrada a la diluida Los campos de aplicacion de la osmosis inversa son cada vez mas numerosos Las areas de la ingenieria que mas se han visto beneficiadas con estas aplicaciones son principalmente las industrias de los alimentos del papel la biomedicina la petroquimica la nuclear y entre otras la de separacion o purificacion de gases donde se obtiene hidrogeno de la disociacion del amonio sulfuro de hidrogeno del gas natural de las refinerias helio del gas natural asi como el enriquecimiento de oxigeno a partir del aire Tambien cabe destacar la recuperacion de sustancias valiosas en fluidos de deshechos industriales No obstante la aplicacion mas importante es la desalinizacion del agua salada marina para su potabilizacion lo cual ha permitido abastecer con agua de calidad a poblaciones situadas en lugares donde los recursos hidraulicos son insuficientes Vease tambien Editarosmosis Propiedad coligativa Presion oncotica Descenso crioscopico Aumento ebulloscopicoReferencias Editar Voet Donald Voet Judith G Pratt Charlotte W 2001 Fundamentals of biochemistry Wiley p 30 ISBN 9780471417590 Dorland 2005 Dorland Diccionario enciclopedico ilustrado de 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