Pressió osmótica

Archiu:Semipermeable membrane.png

Esquema d'una membrana semipermeable (en groc). Les partícules grans de la sagne (en roig) no poden travessar la membrana, mentres que les menudes sí.

La pressió osmótica pot definir-se com la pressió que es deu aplicar a una solució per a detindre el fluix net de dissolvent a través d'una membrana semipermeable. La pressió osmótica és una de les quatre propietats coligativas de les soluciones (depenen del número de partícules en dissolució, sense importar la seua naturalea). Es tracta d'una de les característiques principals a tindre en conte en les relacions dels líquits que constituïxen el mig intern dels sers vius, ya que la membrana plasmática regula l'entrada i eixida de solut al mig extracelular que la rodeja, eixercint com a barrera de control.

Quan es coloquen solucions de distinta concentració, separades per una membrana semipermeable (membrana que deixa passar les molèculas de dissolvent pero no les dels soluts), les molècules de dissolvent, passen habitualment des de la solució en menor concentració de soluts a la de major concentració. Este fenomen rep el nom d'òsmosis, paraula que deriva del grec osmos, que significa «impuls». En succeir la òsmosis, es reduïx la diferència de pressió osmótica en abdós costats de la membrana semipermeable, aplegant a l'equilibri de pressió osmótica.

Pressió osmótica d'equilibri

Archiu:Ósmosis es.svg

Esquema del modo d'acció de la pressió osmótica. En blau es representen les molècules de dissolvent i en roig les de solut. La dissolució més concentrada es denomina hipertónica i la diluïda hipotónica. La pressió osmótica, conseqüència de la diferència inicial de concentracions, produïx el passage de molècules de solvent, a través de la membrana, cap a la part de major concentració; d'esta manera va disminuint la diferència de concentració i per lo tant també la diferència de pressió osmótica. Ademés apareix una diferència d'altura h i en conseqüència una pressió hidrostàtica que, a diferència de la osmótica, tendix a espentar el solvent cap a la part diluïda. La diferència d'altura aumenta i per lo tant també aumenta eixa pressió hidrostàtica. Finalment les pressions osmótica i hidrostàtica s'igualen, detenint-se el fluix net de molècules cap a la part de major concentració. La diferència de concentració s'ha reduït pero no ha desaparegut: la part concentrada seguix sent més concentrada perque la pressió hidrostàtica impedix que la pressió osmótica alcance l'igualació de concentracions.

Història

Archiu:Pfeffer Osmotische Untersuchungen-5-3.jpg

Osmómetro amprat per Wilhelm Pfeffer.

Les primeres investigacions sobre la pressió osmótica varen ser realisades en 1748 per l'abad francés Jean Antoine Nollet, quan era professor de física en el colege de Navarra, qui va descobrir l'existència de les membranes semipermeables. Nollet va obtindre una membrana a partir d'una bufa de porc, va colocar alcohol a un costat i aigua a l'atre, i va observar que l'aigua fluïa a través de la bufa per a mesclar-se en l'alcohol, pero l'alcohol no ho feya.

No obstant, el descobriment de l'òsmosis en membranes semipermeables se li atribuïx a Henri Dutrochet, considerat un dels grans fisiólogos de el XIX, en l'any 1828. Dutrochet va descobrir este fenomen en observar que la difusió de dissolvent a través d'una membrana semipermeable ocorria sempre des de la dissolució de menor concentració d'un solut, el qual no podia travessar-la, fins a la dissolució de major concentració; ademés, el dissolvent que fluïx és capaç d'eixercir una pressió sobre la membrana, la pressió osmótica. Dutrochet va construir el primer dispositiu experimental per a observar la presència de la pressió osmótica, denominat osmómetro. En descobrir la òsmosis va declarar:

Este descobriment que he fet pertany a una classe nova de fenomens físics que sense dubte alguna intervenen fortament en els processos vitals.

D'esta manera, Dutrochet va intuir l'importància del fenomen en les cèlulas, les quals absorbirien o retindrien determinades substàncies.

L'anglés Thomas Graham va descobrir, en 1854, que les substàncies coloidales no travessaven certes membranes. No obstant, els primers estudis quantitatius daten de 1877 i es deuen a l'alemà Wilhelm Pfeffer, professor de botànica en Tubingen i Leipzig, qui va preparar una membrana semipermeable artificial precipitant hexacianoferrato (II) de coure (II), Cu₂[Fe(CN)₆], sobre les parets d'un got poroso. Pfeffer, a partir de la medició de pressions osmóticas en multitut de dissolució de soluts no volàtils, va aplegar a les següents conclusions:

1. A pressió constant, la pressió osmótica és directament proporcional a la concentració de solut.

2. La pressió osmótica d'una concentració determinada és directament proporcional a la temperatura.

3. A una temperatura determinada, dos dissolució en el mateix número de moles tenen la mateixa pressió osmótica.

Pfeffer va medir la pressió osmótica en solucions de sucre i unes atres molècules orgàniques, conseguint pressions de fins a una miqueta més de 200 atmòsfera.

El neerlandés Jacobus Henricus van 't Hoff va realisar un estudi sistemàtic de les propietats coligativas de les dissolució, que va publicar en 1885. En este artícul van 't Hoff fòrmula una expressió, per a dissolució diluïdes, que relaciona la pressió osmótica en la concentració del solut, la qual és similar a l'equació dels gasos ideals i proporciona la primera teoria per a explicar la pressió osmótica:

$\Pi =R\cdot T\cdot c$

a on:

$\Pi$, és la pressió osmótica, en atmòsfera (atm).

$R$, és la constant universal dels gasos ideals (encara que a pesar del seu nom no només s'aplica a gasos, com és el cas). El seu valor és de 0.082 atm·L·K^-1·mol^-1.

$T$, és la temperatura absoluta, en kelvin (K).

$c$, és la concentració molar o molaridad de la dissolució, mida en mol·L^-1.

• Jean Antoine Nollet.
  Jean Antoine Nollet.
• Henri Dutrochet.
  Henri Dutrochet.
• Jacobus Henricus van 't Hoff.
  Jacobus Henricus van 't Hoff.