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Qué es lo que causa a la ósmosis y al potencial osmótico

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Qué es lo que causa a la ósmosis y al potencial osmótico

 

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La respuesta más común a la pregunta de por qué ocurre el fenómeno de la ósmosis suele ser que éste ocurre debido a la diferencia de concentración de solvente entre dos soluciones vinculadas por una membrana semipermeable, haciendo que las moléculas de solvente se muevan de la solución con mayor concentración de solvente a aquella de menor concentración de solvente, hasta lograr el equilibrio y una misma proporción de solvente en ambas soluciones.

Sin embargo, esta respuesta no es suficiente, ya que explica cómo ocurre la ósmosis, pero no explica cuál es la causa que la genera. La explicación de que la ósmosis ocurre por la diferencia de concentración de solvente en dos soluciones separadas por una membrana semipermeable, es insuficiente y poco satisfactoria para aquellos que buscan interpretar qué es lo que mueve a las moléculas de solvente de una zona de mayor concentración a una de menor concentración. Para ello, esta respuesta hay que buscarla en un análisis a nivel molecular de lo que ocurre en dos medios líquidos separados por una membrana semipermeable.

Entonces, una pregunta más adecuada sería: ¿Qué es lo que mueve a las moléculas de solvente a través de una membrana semipermeable de una zona de mayor concentración a una de menor concentración?

Si bien se entiende muy bien cómo ocurre la ósmosis, cuál es su mecanismo, y también se la puede predecir con exactitud, así como manipular físicamente; ninguna de las varias hipótesis que intentan explicar qué es lo que causa a este movimiento de moléculas de solvente de un medio de mayor concentración de solvente a uno de menor concentración es definitiva. Sin embargo, por el momento, la que posee mayor asidero científico es la que se explica a continuación:
 
 
1. En la imagen de arriba se muestra una magnificación a nivel molecular de un recipiente separado en dos mitades por una membrana semipermeable. La magnificación está enfocada a un sector del recipiente, justo donde las dos mitades se encuentran vinculadas por la membrana semipermeable. El recipiente contiene en las dos mitades: agua pura sin solutos disueltos (concentración de agua: 100%). Las moléculas de agua, al encontrarse en estado líquido, se mueven en distintas direcciones, y también pasan a través de la membrana semipermeable de una mitad del recipiente a la otra. La probabilidad de que una molécula de agua pase de la mitad izquierda a la mitad derecha es igual a la probabilidad de que otra molécula de agua pase de la mitad derecha a la mitad izquierda. Por lo tanto, el movimiento neto de moléculas de agua es el mismo de una mitad a la otra, manteniéndose la cantidad de agua equilibrada en ambos lados del recipiente.
 
 
2. Luego se disuelve sal común (Cloruro de Sodio  NaCl) en la mitad derecha del recipiente. Cuando se disuelve la sal en agua, sus átomos constituyentes (el Sodio y el Cloro) se separan en un ion positivo de Sodio (Na+) y un ion negativo de Cloro (Cl-). Para entender la razón por la que al disolverse las moléculas de sal se separan en iones Sodio y Cloro leer: Por qué se forman las soluciones químicas.
 
Los iones de Na+ y Cl- no pueden atravesar a la membrana semipermeable, dado que los poros de la membrana son más pequeños que los átomos de Na y Cl. Mientras que las moléculas de agua son más pequeñas que los poros de la membrana semipermeable y pueden atravesarlos. Por eso se dice que la membrana es semipermeable, porque es únicamente permeable a un tipo de sustancia (el agua en este caso), mientras que no es permeable a otros tipos de sustancias (la sal en este caso).
  
Las moléculas de agua (H2O) están compuestas por dos átomos de Hidrógeno (H2) y un átomo de Oxígeno (O). Los iones de Na+ atraen al polo negativo (el Oxígeno O) de las moléculas de agua y los iones de Cl- atraen a los polos positivos (el Hidrógeno H2) de las moléculas de agua. De esta forma, las moléculas de agua rodean a los iones Na+ y Cl-, dejando espacios libres como se muestra en la imagen de arriba.
  
El movimiento de las moléculas de agua genera energía cinética (energía de movimiento). Del lado izquierdo, las moléculas de agua se mueven libremente, sin embargo, en la solución derecha, muchas de las moléculas de agua son atraídas por los iones Na+ y Cl-, lo que disminuye su libertad de movimiento y por lo tanto su energía cinética.

Como las moléculas de agua del lado izquierdo se pueden mover más libremente que las de la solución derecha, son muchas más las moléculas de agua que traspasan a la membrana semipermeable del lado izquierdo hacia el derecho, que del lado derecho hacia el izquierdo. Esto no significa que las moléculas de la solución derecha no puedan pasarse a la mitad izquierda del recipiente, de hecho sí lo hacen, solo que son muchas menos que las que se pasan del lado izquierdo a la solución derecha. Por lo tanto, hay un movimiento neto de moléculas de agua desde la mitad izquierda del recipiente hacia la solución derecha del recipiente.

La sumatoria de la energía cinética de todas las moléculas de agua se percibe como presión (por eso el potencial osmótico y la presión osmótica se miden en unidades de presión como los Pascales). Por lo tanto, como la sumatoria de energía cinética de las moléculas de agua que se mueven del lado izquierdo hacia el derecho es mayor que la sumatoria de energía cinética de las moléculas de agua que se mueven del lado derecho hacia el izquierdo, la presión que ejercen estas moléculas del lado izquierdo sobre la solución derecha es mayor que la presión que ejercen las moléculas de la solución derecha sobre el agua de la mitad izquierda del recipiente.

Entonces, se puede decir que las moléculas de agua del lado izquierdo tienen mayor potencial de movimiento (es decir potencial o capacidad de generar energía cinética) que las moléculas de agua de la solución del lado derecho.

Las moléculas de agua del lado izquierdo que traspasan a la membrana semipermeable, llenan los espacios libres dejados por las moléculas de agua de la solución derecha que rodean al Na+ y Cl-. Esto da por resultado el movimiento de agua a través de la membrana semipermeable desde la mitad izquierda del recipiente hacia la solución del lado derecho, lo que se conoce como ósmosis.
     
  
<< Para aprender más sobre el fenómeno de la ósmosis, ir al artículo de Qué es ósmosis y qué la genera
 
Fuentes de la información:

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