Ósmosis ( / ɒ z ˈ m oʊ s ɪ s / , EE.UU. también / ɒ s -/ ) [1] es el movimiento neto espontáneo o difusión de moléculas de disolvente a través de una membrana selectivamente permeable desde una región de alto potencial de agua (región de menor concentración de soluto ) a una región de bajo potencial de agua (región de mayor concentración de soluto), [2] en la dirección que tiende a igualar las concentraciones de soluto en los dos lados. [3] [4] [5] También se puede utilizar para describir un proceso físico en el que cualquier disolvente se mueve a través de una membrana selectivamente permeable (permeable al disolvente, pero no al soluto) que separa dos soluciones de diferentes concentraciones. [6] [7] Se puede hacer que la ósmosis realice trabajo . [8] La presión osmótica se define como la presión externa requerida para evitar el movimiento neto del disolvente a través de la membrana. La presión osmótica es una propiedad coligativa , lo que significa que la presión osmótica depende de la concentración molar del soluto pero no de su identidad.
La ósmosis es un proceso vital en los sistemas biológicos , ya que las membranas biológicas son semipermeables. En general, estas membranas son impermeables a moléculas grandes y polares , como iones , proteínas y polisacáridos , mientras que son permeables a moléculas no polares o hidrófobas como lípidos , así como a moléculas pequeñas como oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno y óxido nítrico. La permeabilidad depende de la solubilidad, la carga o la química, así como del tamaño del soluto. Las moléculas de agua viajan a través de la membrana plasmática, la membrana del tonoplasto (vacuola) o las membranas de los orgánulos difundiéndose a través de la bicapa de fosfolípidos mediante acuaporinas (pequeñas proteínas transmembrana similares a las responsables de la difusión facilitada y los canales iónicos). La ósmosis proporciona el medio principal por el cual el agua se transporta dentro y fuera de las células . La presión de turgencia de una célula se mantiene en gran medida por ósmosis a través de la membrana celular entre el interior de la célula y su entorno relativamente hipotónico.
Algunos tipos de flujo osmótico se han observado desde la antigüedad, por ejemplo, en la construcción de las pirámides egipcias. [9] Jean-Antoine Nollet documentó por primera vez la observación de ósmosis en 1748. [10] [a] La palabra "ósmosis" desciende de las palabras "endosmosis" y "exósmosis", que fueron acuñadas por el médico francés René Joachim Henri Dutrochet (1776-1847) a partir de las palabras griegas ἔνδον ( éndon "dentro"), ἔξω ( éxō "externo") y ὠσμός ( ōsmós "empuje, impulsión"). [n 1] En 1867, Moritz Traube inventó membranas de precipitación altamente selectivas, avanzando en el arte y la técnica de medición del flujo osmótico. [9]
La ósmosis es el movimiento de un disolvente a través de una membrana semipermeable hacia una concentración más alta de soluto. En los sistemas biológicos, el disolvente suele ser agua, pero la ósmosis puede producirse en otros líquidos, líquidos supercríticos e incluso gases. [11] [12]
Cuando una célula se sumerge en agua , las moléculas de agua pasan a través de la membrana celular desde una zona de baja concentración de solutos a una de alta concentración de solutos. Por ejemplo, si la célula se sumerge en agua salada, las moléculas de agua salen de la célula. Si una célula se sumerge en agua dulce, las moléculas de agua entran en la célula.
Cuando la membrana tiene un volumen de agua pura en ambos lados, las moléculas de agua entran y salen en cada dirección exactamente a la misma velocidad. No hay flujo neto de agua a través de la membrana.
La ósmosis se puede demostrar cuando se añaden rodajas de patata a una solución con un alto contenido de sal. El agua del interior de la patata se desplaza hacia la solución, lo que hace que la patata se encoja y pierda su "presión de turgencia". Cuanto más concentrada esté la solución de sal, mayor será la pérdida de tamaño y peso de la rodaja de patata.
Los jardines químicos demuestran el efecto de la ósmosis en la química inorgánica.
El mecanismo responsable de la ósmosis se ha representado comúnmente en textos de biología y química como la dilución del agua por el soluto (lo que resulta en una menor concentración de agua en el lado de la membrana con mayor concentración de soluto y, por lo tanto, una difusión del agua a lo largo de un gradiente de concentración) o por la atracción de un soluto hacia el agua (lo que resulta en menos agua libre en el lado de la membrana con mayor concentración de soluto y, por lo tanto, un movimiento neto de agua hacia el soluto). Ambas nociones han sido refutadas de manera concluyente.
El modelo de difusión de la ósmosis se vuelve insostenible por el hecho de que la ósmosis puede impulsar el agua a través de una membrana hacia una mayor concentración de agua. [13] El modelo de "agua ligada" se refuta por el hecho de que la ósmosis es independiente del tamaño de las moléculas de soluto (una propiedad coligativa [14] ) o de lo hidrofílicas que sean.
Es difícil describir la ósmosis sin una explicación mecánica o termodinámica, pero en esencia existe una interacción entre el soluto y el agua que contrarresta la presión que de otro modo ejercerían las moléculas de soluto libres. Un hecho que hay que tener en cuenta es que el calor del entorno puede convertirse en energía mecánica (el agua asciende).
Muchas explicaciones termodinámicas se basan en el concepto de potencial químico y en cómo la función del agua en el lado de la solución difiere de la del agua pura debido a la mayor presión y a la presencia del soluto que contrarresta, de modo que el potencial químico permanece inalterado. El teorema del virial demuestra que la atracción entre las moléculas (agua y soluto) reduce la presión y, por lo tanto, la presión ejercida por las moléculas de agua entre sí en la solución es menor que en el agua pura, lo que permite que el agua pura "fuerce" la solución hasta que la presión alcance el equilibrio. [14]
La presión osmótica es el principal agente de sostén en muchas plantas. La entrada osmótica de agua eleva la presión de turgencia ejercida contra la pared celular , hasta que se iguala a la presión osmótica, creando un estado estacionario . [15]
Cuando una célula vegetal se coloca en una solución hipertónica en relación con el citoplasma, el agua sale de la célula y esta se encoge. Al hacerlo, la célula se vuelve flácida . En casos extremos, la célula se plasmoliza : la membrana celular se despega de la pared celular debido a la falta de presión del agua sobre ella. [16]
Cuando una célula vegetal se coloca en una solución hipotónica en relación con el citoplasma, el agua entra en la célula y esta se hincha hasta volverse turgente . [15]
La ósmosis también desempeña un papel vital en las células humanas al facilitar el movimiento del agua a través de las membranas celulares. Este proceso es crucial para mantener la hidratación celular adecuada, ya que las células pueden ser sensibles a la deshidratación o la sobrehidratación. En las células humanas, la ósmosis es esencial para mantener el equilibrio de agua y solutos, lo que garantiza una función celular óptima. Los desequilibrios en la presión osmótica pueden provocar disfunción celular, lo que destaca la importancia de la ósmosis para mantener la salud y la integridad de las células humanas. [ cita requerida ]
En ciertos entornos, la ósmosis puede ser perjudicial para los organismos. Los peces de acuario de agua dulce y salada , por ejemplo, morirán rápidamente si se los coloca en agua con una salinidad inadecuada. El efecto osmótico de la sal de mesa para matar sanguijuelas y babosas es otro ejemplo de una forma en que la ósmosis puede causar daño a los organismos. [16]
Supongamos que una célula animal o vegetal se coloca en una solución de azúcar o sal en agua.
Esto significa que si una célula se pone en una solución que tiene una concentración de soluto mayor que la suya, se marchitará, y si se pone en una solución con una concentración de soluto menor que la suya, la célula se hinchará e incluso puede estallar. [ cita requerida ]
La ósmosis se puede contrarrestar aumentando la presión en la región de alta concentración de soluto con respecto a la de la región de baja concentración de soluto. La fuerza por unidad de área, o presión, necesaria para impedir el paso de agua (o cualquier otra solución de alta liquidez ) a través de una membrana selectivamente permeable y hacia una solución de mayor concentración es equivalente a la presión osmótica de la solución , o turgencia . La presión osmótica es una propiedad coligativa , lo que significa que la propiedad depende de la concentración del soluto, pero no de su contenido o identidad química.
El gradiente osmótico es la diferencia de concentración entre dos soluciones a cada lado de una membrana semipermeable , y se utiliza para indicar la diferencia en porcentajes de la concentración de una partícula específica disuelta en una solución.
Generalmente, se utiliza el gradiente osmótico cuando se comparan soluciones que tienen una membrana semipermeable entre ellas, lo que permite que el agua se difunda entre las dos soluciones, hacia la solución hipertónica (la solución con la concentración más alta). Finalmente, la fuerza de la columna de agua en el lado hipertónico de la membrana semipermeable será igual a la fuerza de difusión en el lado hipotónico (el lado con una concentración menor), lo que crea el equilibrio. Cuando se alcanza el equilibrio, el agua continúa fluyendo, pero fluye en ambos sentidos en cantidades y fuerzas iguales, lo que estabiliza la solución.
La ósmosis inversa es un proceso de separación que utiliza presión para forzar un solvente a pasar a través de una membrana semipermeable que retiene el soluto en un lado y permite que el solvente puro pase al otro lado, obligándolo a pasar de una región de alta concentración de soluto a través de una membrana a una región de baja concentración de soluto mediante la aplicación de una presión superior a la presión osmótica . Este proceso es conocido principalmente por su papel en la conversión del agua de mar en agua potable, cuando la sal y otras sustancias no deseadas se eliminan de las moléculas de agua. [17]
La ósmosis puede utilizarse directamente para separar el agua de una solución que contiene solutos no deseados. Se utiliza una solución de "extracción" con una presión osmótica mayor que la solución de alimentación para inducir un flujo neto de agua a través de una membrana semipermeable, de modo que la solución de alimentación se concentre a medida que la solución de extracción se diluya. La solución de extracción diluida puede utilizarse directamente (como con un soluto ingerible como la glucosa) o enviarse a un proceso de separación secundaria para la eliminación del soluto de extracción. Esta separación secundaria puede ser más eficiente que un proceso de ósmosis inversa por sí solo, dependiendo del soluto de extracción utilizado y del agua de alimentación tratada. La ósmosis directa es un área de investigación en curso, que se centra en aplicaciones en desalinización , purificación de agua , tratamiento de agua , procesamiento de alimentos y otras áreas de estudio.
Los futuros avances en el campo de la ósmosis y su investigación son prometedores para una amplia gama de aplicaciones. Los investigadores están explorando materiales avanzados para lograr procesos osmóticos más eficientes, lo que conducirá a tecnologías mejoradas de desalinización y purificación del agua. Además, la integración de la generación de energía osmótica, donde la diferencia de presión osmótica entre el agua salada y el agua dulce se aprovecha para generar energía, presenta una fuente de energía sostenible y renovable con un potencial significativo. Además, el campo de la investigación médica está estudiando sistemas innovadores de administración de fármacos que utilizan principios osmóticos, ofreciendo una administración precisa y controlada de medicamentos dentro del cuerpo. A medida que la tecnología y la comprensión en este campo continúan evolucionando, se espera que las aplicaciones de la ósmosis se expandan, abordando varios desafíos globales en materia de sostenibilidad del agua, generación de energía y atención médica. [18]
Texto original :
Avant que de finir ce Mémoire, je crois devoir rendre compte d'un fait que je dois au hasard, & qui me parut d'abord... singulier... j'en avois rempli une fiole cylindrique, longue de cinq pouces, & d'un pouce de diamètre ou environ; & l'ayant couverte d'un morceau de vessie mouillée & ficelée au col du vaisseau, je l'avois plongée dans un grand vase plein d'eau, afin d'être sûr qu'il ne rentrât aucun air dans l'esprit de vino. Au bout de cinq ou six heures, je fus tout sorpres de ver que la fiole étoit plus pleine qu'au moment de son immersion, quoiqu'elle le fût alors autant que ses bords pouvoient le permettre; la vessie qui lui servoit de bouchon, étoit devenue convexe & si tendue, qu'en la picante avec une épingle, il en sortit un jet de liqueur qui s'éleva à plus d'un pied de hauteur.
Antes de terminar estas memorias, creo que debo referir un suceso que debo al azar y que al principio me pareció… extraño… Llené [de alcohol] un frasco cilíndrico de cinco pulgadas de largo y una pulgada de diámetro; y [después de ] haberlo
cubierto con un trozo de vejiga húmeda [que estaba] atado al cuello del frasco, lo sumergí en un recipiente grande lleno de agua, para estar seguro de que no volviera a entrar aire en el alcohol. Al cabo de 5 o 6 horas, me sorprendió mucho ver que el frasco estaba más lleno que en el momento de su inmersión, aunque [se había llenado] hasta donde sus lados lo permitían; la vejiga que le servía de tapa se abultó y se estiró tanto que al pincharla con una aguja, salió de ella un chorro de alcohol que se elevó más de un pie de altura.
