Presión osmótica
Definición de presión osmótica
Se puede pensar en la presión osmótica como la presión que se requeriría para evitar que el agua se difunda a través de una barrera por ósmosis. En otras palabras, se refiere a la fuerza con la que el agua «empujaría» para atravesar la barrera y difundirse hacia el otro lado.
La presión osmótica está determinada por la concentración de soluto: el agua «se esforzará más» por difundirse en un área con una alta concentración de un soluto, como una sal, que en un área con una concentración baja.
En realidad, por supuesto, la presión osmótica no es un «deseo» del agua de moverse, sino más bien una extensión de la ley natural de que toda la materia se distribuirá aleatoriamente con el tiempo. Cuando las concentraciones de sustancias son diferentes en dos áreas y las áreas tienen contacto entre sí, el movimiento aleatorio de las partículas hará que las sustancias se difundan hasta que la solución sea uniforme en toda el área.
La ósmosis es la difusión particular de agua a través de una membrana semipermeable. Entonces, en el caso de la ósmosis, los solutos no pueden moverse porque no pueden atravesar la membrana. Sin embargo, el agua puede moverse, y lo hace, pasando a través de la membrana a un área con mayor concentración de solutos.
Esto puede hacer que cambie el volumen total de agua en cada lado de la membrana: el lado de la membrana con más solutos puede terminar con mucha más agua. Esto puede provocar problemas para las células, como estallar (si entra demasiada agua en la célula ) o deshidratarse (si sale demasiada agua).
Este es un factor muy importante en biología porque el ambiente intracelular es diferente del ambiente extracelular. Si el entorno extracelular cambia, puede hacer que el agua fluya hacia las células o salga de ellas.
Algunos organismos, como las plantas que utilizan la presión osmótica para mover el agua, se han aprovechado de este principio. Pero también puede amenazar la salud de las células y los organismos cuando hay demasiada o muy poca agua en el entorno extracelular en comparación con el interior de la célula.
Ecuación de presión osmótica
La presión osmótica se puede calcular utilizando la siguiente ecuación:
Π = MRT
En esta ecuación:
π
Es importante destacar que π no es igual a 3,14… ¡en esta ecuación!
En cambio, aquí «π» es el símbolo utilizado para denotar la presión osmótica. Puedes pensar en esta ecuación como resolver para «π» al igual que resolver para X.
No hay nada especial en el símbolo «π» excepto que es el símbolo que los químicos han acordado internacionalmente que significa presión osmótica.
METRO
M es la concentración molar del soluto. La concentración molar se refiere al número real de átomos, iones o moléculas del soluto.
Esto es importante porque es el número de partículas lo que determina cómo interactúan las partículas en la ósmosis, no el volumen o el peso.
Cuánto pesa un mol, una unidad de medida de partículas, o cuánto volumen ocupa, variará según el peso molecular y la densidad del soluto.
R
R es la constante del gas ideal.
Aunque la constante de gas ideal se creó para referirse a los gases y cómo se difunden y se comportan, también se aplica a los líquidos.
En química, tanto los líquidos como los gases se consideran «fluidos»: partículas que pueden difundirse libremente, a diferencia de los sólidos, cuyas partículas se mantienen en su lugar mediante enlaces fuertes.
T
T es la temperatura en grados Kelvin.
Un grado Kelvin es lo mismo que un grado Celsius, pero existe una diferencia importante entre los dos sistemas de medición.
La temperatura es una medida de la energía en moléculas. A temperaturas más altas, las moléculas se mueven más rápido; a temperaturas más bajas, se mueven más lentamente. Esta es la razón por la que la temperatura es tan importante para esta ecuación: cuanto más rápido estén las partículas en movimiento molecular aleatorio, más rápido se difundirán.
En Celsius, se considera que «cero grados» es el punto de congelación del agua. Este es un número arbitrario que fue elegido por los científicos porque el agua helada es un fenómeno común. Las temperaturas Celsius pueden ser positivas (por encima de cero) o negativas (por debajo de cero).
Pero en Kelvin, «cero grados» es la temperatura a la que no se produce ningún movimiento molecular. En realidad, esto es cero absoluto: es imposible enfriarse más que «sin movimiento molecular».
Como resultado, Kelvin se usa en muchas ecuaciones químicas, porque es una medida absoluta de calor. Si una sustancia está a 300 grados Kelvin, sabes exactamente cuánto calor hay en la sustancia: 300 Kelvin en total.
Esto es mucho mejor para los científicos que calcular basándose en grados Celsius y tener que averiguar cuánto calor hay en el agua a “-30 grados Celsius”, por ejemplo.
Dato curioso: el cero absoluto (cero Kelvin) es -273,15 grados Celsius. Otra forma de decir eso es que cero grados Celsius, el punto de congelación del agua, ocurre a 273,15 Kelvins.
Ejemplos de presión osmótica
Plantas marchitas
Muchas plantas utilizan realmente la presión osmótica para mantener la forma de sus tallos y hojas.
Si ha mantenido plantas en macetas, probablemente sepa que sus plantas pueden marchitarse muy rápidamente si no se riegan. Pero a los pocos minutos de regar, ¡pueden recuperarse de inmediato!
Esto se debe a que los tallos y las hojas de muchas plantas están esencialmente «inflados» por la presión osmótica; las sales de las células hacen que el agua se atraiga a través de la ósmosis, lo que hace que la célula esté tersa y firme.
Si no hay suficiente agua disponible, la planta se marchitará porque sus células se están «desinflando». En términos científicos, son » hipertónicos «, lo que significa que «la concentración de soluto es demasiado alta».
Las plantas también pueden demostrar el poder de la presión osmótica a medida que crecen.
Es posible que haya visto plantas que brotan a través del asfalto o raíces de árboles que crecen a través de ladrillos u hormigón.
Esto también es posible gracias a la presión osmótica: a medida que las plantas crecen, sus células absorben más agua. ¡La presión lenta pero inexorable del agua que se mueve a través de las membranas de las células vegetales puede atravesar el asfalto!
Efectos de la deshidratación y la sobrehidratación
Todos conocemos los peligros de la deshidratación, donde la falta de agua puede provocar efectos peligrosos en nuestro organismo. Lo que quizás no nos demos cuenta es que estos efectos están directamente relacionados con la presión osmótica.
Cuando nuestros cuerpos no tienen suficiente agua, el agua puede pasar de nuestras células a nuestra sangre. Esto puede hacer que las concentraciones de sales y otros solutos en nuestras células sean demasiado altas, interfiriendo con la función celular.
Cuando bebemos agua, el agua ingresa al cuerpo a través de nuestro torrente sanguíneo y puede difundirse nuevamente en nuestras células a través de la ósmosis, restaurando su función adecuada.
También es posible lo contrario: de hecho, es posible morir por beber demasiada agua.
Es difícil sufrir una “sobredosis” accidental de agua, pero en casos extremos, como los concursos de beber agua, es posible beber tanta agua que se difunda demasiada en las células. En casos extremos, esto puede causar inflamación del cerebro.
La rehidratación rápida después de una deshidratación severa puede ser peligrosa por la misma razón. Se recomienda realizar la rehidratación lentamente, porque llenar las células deshidratadas repentinamente con grandes volúmenes de agua puede hacer que revienten.
El siguiente gráfico muestra cómo la deshidratación, o la sobrehidratación, puede afectar nuestras células sanguíneas al hacer que se arruguen o revienten:
Términos de biología relacionados
- Difusión: proceso mediante el cual los fluidos y los solutos se distribuyen uniformemente a través del movimiento molecular aleatorio.
- Temperatura: una medida de la energía cinética promedio de las partículas en una sustancia. Las sustancias «más cálidas» tienen más movimiento de partículas, mientras que las sustancias «más frías» tienen menos.
- Agua: el » disolvente universal » en el que se basa la vida en la Tierra. Las propiedades únicas del agua la convierten en un portador ideal para las moléculas de la vida, como azúcares, aminoácidos y ácidos nucleicos.
