Home

      Comment post English
x

Select your language

EnglishEspañol

Qué es la presión osmótica y cómo se calcula


Be the first to like it


<< Volver a Qué es ósmosis y qué la genera

Para entender qué es la presión osmótica hay que saber bien qué es el fenómeno de la ósmosis, para ello se recomienda leer la sección anterior: Qué es ósmosis y qué la genera. Esta es la segunda parte de una serie dedicada a la ósmosis, sus propiedades y su importancia en diversos fenómenos de la naturaleza (especialmente para la existencia de la vida).

Ya se debe saber que la ósmosis ocurre cuando dos soluciones separadas por una membrana semipermeable, tienen una diferencia en la concentración de solvente, y la membrana semipermeable solamente puede ser atravesada por las moléculas de solvente y no puede ser atravesada por las moléculas de soluto. Entonces, cuando ocurre la ósmosis, las moléculas de solvente se mueven de la solución con mayor concentración de solvente a aquella de menor concentración, hasta lograr el equilibrio y una misma proporción de solvente en ambas soluciones. Otra manera de recordar fácilmente hacia dónde se mueven por ósmosis las moléculas de solvente entre dos soluciones líquidas separadas por una membrana semipermeable, es tener en cuenta que las moléculas de solvente se mueven de la solución con menor concentración de soluto a la que tiene mayor concentración de soluto.

La ósmosis también puede explicarse como el movimiento de agua de una solución de mayor potencial osmótico a una de menor potencial osmótico. El concepto de potencial osmótico también se explica en la sección anterior y es necesario entenderlo bien para continuar.

La presión osmótica puede definirse como la presión que ejercen sobre la membrana semipermeable las moléculas de solvente que se mueven del medio líquido con mayor concentración de solvente hacia la solución con menor concentración de solvente. También puede entenderse como la presión que ejercen sobre la solución con menor concentración de solvente, las moléculas de solvente que se mueven del medio líquido con mayor concentración de solvente hacia la solución con menor concentración de solvente.

Otra forma de definir a la presión osmótica es la siguiente:

La presión osmótica es la cantidad de presión necesaria que se debe aplicar para detener completamente al flujo de solvente durante la ósmosis. En otras palabras, es la cantidad exacta de presión o fuerza que debe aplicarse para detener al proceso de ósmosis.
 
Debido a que la presión osmótica es la cantidad de presión necesaria para detener al flujo de solvente durante la ósmosis, se entiende que es numéricamente igual a la presión ejercida por todas las moléculas de solvente que fluyen hacia la solución con menor concentración de solvente.

 
Las moléculas de soluto de la solución que recibe el flujo de solvente son las responsables indirectas de la presión osmótica. Por ejemplo, en un recipiente con dos mitades separadas por una membrana semipermeable, la mitad izquierda contiene agua pura sin solutos, mientras que la mitad derecha contiene una solución de agua (el solvente) y sal disuelta (el soluto). Las moléculas de sal de la solución derecha reducen la actividad y libertad de movimiento de las moléculas de agua de la solución. Mientras que las moléculas de agua de la mitad izquierda, al no ser atraídas por moléculas de soluto, mantienen su actividad y tienen mayor libertad de movimiento y pueden traspasar a la membrana semipermeable hacia la solución derecha con mayor facilidad. Estas moléculas que fluyen hacia la solución derecha, al moverse generan presión. Por eso se dice que las moléculas de soluto de la solución son las responsables indirectas de generar a la presión osmótica.
 

La presión osmótica depende de la concentración de solutos disueltos y no del tipo de soluto

La presión osmótica es una propiedad coligativa. Las propiedades coligativas son aquellas propiedades de una solución química, que dependen solamente de la concentración de solutos disueltos, sin importar ni el tipo de soluto ni el tamaño de sus moléculas. Es decir, que depende del número de moléculas disueltas en la solución. Etimológicamente, el termino coligativa procede de la palabra coaligarse (unirse con otros por algún fin en particular), y fue bautizada así debido a que muchas moléculas se juntan para dar lugar a una propiedad, en este caso, muchas moléculas de soluto disuelto generan indirectamente a la presión osmótica.

Al ser la presión osmótica una propiedad coligativa, entonces la presión osmótica es directamente proporcional a la concentración de moléculas de soluto.

Para entender mejor cómo funciona la presión osmótica y por qué es una propiedad coligativa, a continuación se mostrará un ejemplo extremadamente imaginario y magnificado a nivel molecular, en el que se supone que en un recipiente de dos compartimentos, cada uno de estos compartimentos se llena con 100 moléculas de agua. Obviamente en la vida real, incluso un recipiente pequeño contendría trillones o cuatrillones de moléculas de agua, sin embargo para simplificar la explicación de cómo funciona a nivel molecular la presión osmótica y graficarla mejor, se redujeron las cifras a números mucho más pequeños. Primero se muestra la imagen del ejemplo y abajo se brinda la descripción detallada:

Por que la presion osmotica es una propiedad coligativa
Por qué la presión osmótica es una propiedad coligativa - Cliquear para ampliar la imagen

 

1. Se llenan dos recipientes con agua. Cada uno de estos recipientes tiene dos compartimentos separados por una membrana semipermeable (las membranas semipermeables permiten el paso de las moléculas de agua entre un compartimento y el otro, pero no permiten el paso de moléculas de soluto disueltas debido a que estas últimas son más grandes que los poros de la membrana).
 
Cada uno de los compartimentos de los recipientes, contiene 100 moléculas de agua. Como el agua está en estado líquido, sus moléculas se mueven aleatoriamente en todas las direcciones, e incluso traspasan la membrana semipermeable de un compartimento al otro, aunque la cantidad de moléculas de agua se mantiene igual y equilibrada en todos los compartimentos, con 100 moléculas en cada uno. Esto significa que cuando dos moléculas de agua pasan del compartimento derecho al izquierdo, otras dos pasan del compartimento izquierdo al derecho, manteniéndose así la cantidad de agua equilibrada en ambas mitades, con 100 moléculas cada una.
------------------------------------ 

2. Luego, como se muestra en la imagen de arriba, se disuelven 10 moléculas de glucosa en el compartimento derecho del primer recipiente y 5 moléculas de sal común (Cloruro de Sodio, simbolizado NaCl) en el compartimento derecho del segundo recipiente. En el caso del compartimento derecho del segundo recipiente se disolvieron solamente 5 moléculas de sal, dado que al disolverse la sal en agua, sus átomos constituyentes siempre se separan en iones Sodio (Na+) de carga positiva y Cloro (Cl-) de carga negativa, de esta manera, se obtienen 10 partículas de soluto en el compartimento derecho del segundo recipiente.

Para facilitar este ejemplo, se asume arbitrariamente que sin importar el tipo de soluto disuelto, cada molécula o ion con carga eléctrica que se ha disuelto en el agua, atrae a 4 moléculas de agua. Por lo tanto, cada molécula de glucosa en el compartimento derecho del primer recipiente atrae a 4 moléculas de agua, y cada ion de Na+ y Cl- del compartimento derecho del segundo recipiente también atrae a 4 moléculas de agua. Para entender mejor cómo se forman las soluciones, se recomienda leer Por qué se forman las soluciones químicas.

Por lo tanto, 40 moléculas de agua en cada uno de los compartimentos derechos pierden su capacidad de movimiento y su energía cinética (energía de movimiento), dado que son atraídas por las 10 partículas de soluto disueltas en cada compartimento derecho de los recipientes (10 moléculas de glucosa y 10 iones Na+ y Cl-).

En cada uno de los compartimentos izquierdos de los recipientes (con agua pura) hay 100 moléculas de agua que conservan su misma energía cinética y capacidad de movimiento, mientras que en cada uno de los compartimentos derechos de los recipientes (con solutos disueltos) hay 60 moléculas de agua que conservan su misma energía cinética y capacidad de movimiento.

Las moléculas de soluto se mueven dentro del compartimento derecho (junto a las moléculas de agua que han atraído), sin embargo no pueden atravesar a la membrana semipermeable porque son más grandes que los poros de la membrana.
------------------------------------ 

3. En cada uno de los compartimentos izquierdos de los recipientes, las 100 moléculas de agua conservan su energía cinética y libertad de movimiento, mientras que en cada uno de los compartimentos derechos de los recipientes, solamente 60 moléculas de agua conservan su energía cinética y capacidad de movimiento (porque 40 moléculas de agua han sido atraídas por las 10 partículas de soluto y su movimiento ha sido reducido).
 
Esta diferencia de moléculas libres de agua entre un compartimento y el otro, significa una diferencia de energía cinética total entre un compartimento y el otro. Por esta diferencia, comenzarán a moverse moléculas de agua de la mitad izquierda hacia la mitad derecha. Este movimiento de moléculas de agua provoca una fuerza o presión sobre la membrana y sobre la solución derecha de cada recipiente. Esta es la presión osmótica y es provocada indirectamente por las moléculas de soluto, y cuantas más moléculas de soluto disueltas, más moléculas de agua de los compartimentos derechos tendrán reducida su movilidad, y por lo tanto, mayor será la diferencia de energía cinética total entre los compartimentos izquierdos y los compartimentos derechos de ambos recipientes, lo que significa que la presión osmótica será mayor. Por esa razón, se dice que la presión osmótica es una propiedad coligativa, porque su magnitud no depende ni del tipo ni del tamaño de soluto disuelto, sino de la cantidad de moléculas de soluto disueltas.

Otra manera de entenderlo es la siguiente: Como se necesita mayor cantidad de energía para que las moléculas de agua atraídas por las moléculas de soluto, escapen hacia el compartimento izquierdo, y se necesita menor cantidad de energía para que las moléculas de agua libres se muevan hacia el compartimento contrario, al haber 100 moléculas de agua libres en el compartimento izquierdo que necesitan menor cantidad de energía para escapar hacia la mitad derecha, mientras que en el compartimento derecho solamente hay 60 moléculas de agua libres, habrá un mayor número de moléculas de agua que podrán moverse del compartimento izquierdo al derecho que del derecho al izquierdo, dando por resultado un movimiento neto de moléculas de agua del compartimento izquierdo al derecho. Entonces, cuantas más moléculas de soluto hayan en el compartimento derecho, menor cantidad de moléculas de agua libres habrán para poder moverse hacia la mitad izquierda del recipiente.

Teóricamente, las moléculas de agua dejarán de moverse hacia la solución derecha, cuando la cantidad de moléculas de agua libres quede equilibrada en los dos compartimentos de cada recipiente, así como la cantidad de solutos disueltos quede igualada en ambos compartimentos (como del lado izquierdo no hay solutos y del lado derecho sí, teóricamente las moléculas de agua deberían fluir hacia la derecha eternamente, obviamente algo que es imposible). Sin embargo, este movimiento de moléculas se detiene antes (en el caso de este ejemplo, cuando 12 moléculas de agua pasan a la solución derecha). Es que lo que detiene a este movimiento es la tensión provocada por la membrana semipermeable que se estiró debido al incremento de moléculas de agua que entraron al compartimento derecho, aumentando el volumen de la solución derecha. Al detenerse el proceso, quedan 88 moléculas de agua en la mitad izquierda y 112 moléculas de agua en la mitad derecha de cada recipiente.

Cuando se detiene el movimiento de moléculas de agua hacia el compartimento derecho, la fuerza que ejerce la membrana semipermeable estirada sobre las moléculas de agua, queda igualada a la fuerza o presión que se manifiesta por el movimiento de moléculas de agua del compartimento izquierdo al derecho. Esto significa que la fuerza que ejerce la membrana semipermeable estirada, es igual a la presión osmótica. Por eso, una forma de definir a la presión osmótica, es que se trata de la cantidad de fuerza o presión necesaria que debe aplicarse para detener completamente al flujo de solvente durante la ósmosis. En otras palabras, es la cantidad exacta de presión o fuerza que debe aplicarse para detener al proceso de ósmosis.

En la vida real, sin embargo, la presión osmótica no depende únicamente de la concentración de soluto disuelto en la solución que recibe el flujo de agua durante el fenómeno de ósmosis, ya que la fuerza de interacción entre moléculas de agua y moléculas de soluto varía según la sustancia disuelta, y la cantidad de moléculas de agua que rodean a una molécula de soluto disuelta varía de elemento en elemento. Además, hay otras variables que hacen que los niveles de presión osmótica varíen según la sustancia disuelta, incluso aunque estén a concentraciones iguales. No obstante, para pequeñas concentraciones de soluto disuelto, la presión osmótica puede considerarse como una propiedad coligativa dependiente de su concentración, independientemente del tipo de sustancia disuelta, y los resultados obtenidos experimentalmente en la vida real no varían mucho de la fórmula que mide a la presión osmótica en función de su concentración (dicha fórmula se explicará más abajo). Pero es necesario recordar que esto es válido únicamene para concentraciones pequeñas de soluto.

Como en la vida real es difícil medir contando una a una la cantidad de moléculas de soluto disueltas, debido a su tamaño extremadamente pequeño, en lugar de ello, se utiliza el concepto de concentración molar de soluto disuelto, o sea la cantidad de moles de soluto que se han disuelto. A continuación se explicará bien qué son los moles y cómo se mide la concentración de soluto.

Cómo medir la concentración de soluto en una solución para conocer su presión osmótica

Para conocer el número o cantidad de moléculas de soluto disueltas en una solución, se debe medir su concentración. El concepto de concentración de un tipo de soluto en una solución, se refiere a la cantidad de soluto sobre el total de solvente y solutos de una solución.

Para poder medir la concentración de soluto en una solución hay que saber qué son la masa atómica, la masa molecular y los moles.

Debido a que las moléculas y los átomos que las componen son extremadamente pequeños y difíciles de pesar, fue necesario idear métodos alternativos para medir la masa individual de cada átomo y cada molécula.

Los átomos están compuestos por diminutas partículas llamadas protones y neutrones en su núcleo atómico, y electrones que orbitan alrededor del núcleo. Cada tipo de átomo (a los tipos de átomos se los denomina elementos) tiene un número distinto de protones. De hecho, los distintos elementos se catalogan u ordenan por su cantidad de protones en una tabla llamada tabla periódica. Cada átomo de hidrógeno tiene un protón, cada átomo de helio tiene dos protones, los de litio tres, etc. A la cantidad de protones que tiene cada elemento se lo conoce como número atómico. Además existe un indicador llamado número de masa, que indica la cantidad de neutrones y protones que tiene el núcleo de cada elemento. Por ejemplo, el tipo de carbono que más abunda en la tierra es el de número de masa 12, ya que su núcleo está compuesto por 6 protones (6 es el número atómico del carbono) y 6 neutrones.

La masa atómica indica la masa de un átomo de un determinado tipo de elemento. Para medir la masa atómica de cualquier tipo de elemento químico, los científicos idearon arbitrariamente utilizar como patrón de referencia al elemento carbono (cuyo número de masa es 12) descubriendo que en 12 gramos de carbono hay 6.022 × 1023 átomos de carbono, es decir, ¡algo más de 602.000 trillones de átomos!
Tomando como referencia la doceava parte (1/12) de la masa atómica del carbono, se encontró que en 1 gramo de hidrógeno hay 6.022 × 1023 átomos de hidrógeno, en 4 gramos de helio hay  6.022 × 1023 átomos de helio, en 16 gramos de oxígeno hay 6.022 × 1023 átomos de oxígeno. Por lo tanto, la masa atómica es la cantidad de gramos de un determinado elemento en la que hay 6.022 × 1023 átomos de ese tipo de elemento. El valor de la masa atómica de cada elemento es casi igual al valor de su número de masa (la cantidad de protones y neutrones que tiene en su núcleo), en algunos elementos pueden diferir apenas por décimas, centésimas o incluso milésimas. Entonces, la unidad de masa atómica fue establecida arbitrariamente como la doceava parte (1/12) de la masa atómica del carbono.

Por su parte, la masa molecular de un determinado tipo de molécula, equivale a la suma de las masas atómicas de los elementos que componen a dicho tipo de molécula. Por ejemplo, cada molécula de agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O) por lo que el agua se simboliza H2O, y como la masa atómica del hidrógeno es 1 y la de oxígeno es 16, la masa molecular del agua es 18. Por lo tanto, en 18 gramos de agua hay 6.022 × 1023 moléculas de agua. Otro ejemplo es el de la sal de cocina (NaCl), cuyas moléculas están compuestas por un átomo de sodio (Na) y uno de Cloro (Cl). La masa atómica del sodio es 22,9897 y la del cloro es 35,4527, por lo tanto en 58,4424 gramos de sal (22,9897 + 35,4527) hay 6.022 × 1023 moléculas de sal.

A este número de átomos o moléculas (6,022 x 1023) que se necesitan para obtener la masa atómica en gramos de un átomo o la masa molecular en gramos de una molécula, se lo denomina mol. El mol es la unidad de medida que permite conocer la cantidad que se tiene de una determinada sustancia, y sirve para medir grandes cantidades de entidades extremadamente pequeñas como los átomos y moléculas. Así, 1 mol de agua equivale a 18 gramos y 1 mol de sal de cocina equivale a 58,4424 gramos.
Gracias a los moles se puede saber cuántos átomos o moléculas hay en una determinada muestra. Por ejemplo, en 180 gramos de agua hay 10 moles de agua y por lo tanto 6.022 × 1024 moléculas de agua (¡esto es más de 6 cuatrillones de moléculas!). El cálculo para averiguar la cantidad de moléculas en 180 gramos de agua es el siguiente:

(180 gramos de agua) / (18 gramos por cada mol de agua) = 10 moles de agua

(10 moles de agua) x (6.022 × 1023 moléculas por mol de agua) = 6.022 × 1024 moléculas de agua

 
En la tabla periódica de elementos químicos figura la masa atómica de cada elemento.

Ahora que se ha explicado qué son los moles, se puede proseguir con la explicación de cómo medir la concentración de solutos en una solución. Hay varias formas de expresar la concentración de solutos disueltos en una solución.

Porcentaje de masa del soluto sobre la masa total de la solución:

Por ejemplo, si una solución contiene una 100 gramos de agua y 25 gramos de azúcar disuelta, esto significa que la concentración de azúcar en la solución es 20%, ya que el 80% del total de la solución está ocupado por moléculas de agua, mientras que el 20% del total de la solución está ocupado por moléculas de azúcar. El cálculo para obtener la concentración porcentual de soluto en la solución es la siguiente:


[(25 gramos de azúcar) / (100 gramos de agua + 25 gramos de azúcar)] x 100 = 20% de concentración porcentual de azúcar

 
Molaridad:

Esta es la forma más utilizada para medir la concentración de soluto en una solución cuando se necesita conocer la presión osmótica que se desarrolla en una solución durante el proceso de ósmosis. La molaridad indica la cantidad de moles de soluto disuelto por litro de solución. La molaridad se simboliza con la letra M. Por ejemplo, si se disuelven 0,250 moles de sal de cocina (NaCl) en una solución de 0,200 litros la molaridad es la siguiente:

M = 0,250 moles de NaCl / 0,200 L de solución = 1,25 mol/L de solución

Molalidad:

Otra forma de medir la concentración de soluto en una solución para averiguar la magnitud de su presión osmótica es la molalidad, en la cual se indica la cantidad de moles de soluto disuelto por kilogramo de solvente. La molalidad se simboliza con la letra m. Por ejemplo, si se disuelven 0,250 moles de glucosa en 0,100 kg de agua, la molalidad es la siguiente:

m = 0,250 moles de glucosa / 0,100 kg de solución = 2,5 mol/kg de agua
 

Cómo calcular la presión osmótica 

En 1828, el biólogo, fisiólogo y médico, Henri Dutrochet, descubrió que en el fenómeno de la ósmosis el solvente siempre atraviesa una membrana semipermeable de la solución de menor concentración de soluto disuelto a la solución de mayor concentración de soluto. Además, comprobó que el solvente que fluye de una solución a otra, desarrolla una presión sobre la membrana, a esta presión la bautizó presión osmótica.

Casi medio siglo después, en 1877, el botánico y fisiólogo alemán, Wilhelm Pfeffer, realizó los experimentos que le permitieron concluir que la presión osmótica de una solución es directamente proporcional a la concentración de soluto disuelto. Asimismo, Pfeffer observó que si variaba la temperatura en la misma solución con la misma concentración de soluto, la presión osmótica también variaba. Por lo tanto, también llegó a la conclusión de que la presión osmótca es directamente proporcional a la temperatura.

A pesar de que Pfeffer cuantificó en sus experimentos los resultados obtenidos de presión osmótica, el primero en desarrollar una fórmula para medir a la presión osmótica fue el fisicoquímico neerlandés, Jacobus Henricus van 't Hoff. En 1886, van 't Hoff observó que el comportamiento de la presión osmótica es idéntico al de un gas ideal.

Vale explicar brevemente que los gases ideales son modelos hipotéticos de estudio de gases en los que para simplificar el análisis, no se tienen en cuenta las fuerzas de interacción entre moléculas de las distintas sustancias en estado gaseosos, es decir, las moléculas ni se atraen ni se repelen, solamente se mueven aleatoriamente en distintas direcciones y colisionan entre sí, así como con las paredes del recipiente que las contiene. Las propiedades químicas de las sustancias que componen al gas son independientes del tipo de sustancia, por lo que los gases ideales se comportan de la misma manera para cualquier tipo de sustancia. Sin embargo, en la realidad, las fuerzas de interacción entre moléculas gaseosas varían de sustancia en sustancia, aunque a temperaturas y niveles de presión habituales, gran parte de los gases reales se comportan de forma similar a los gases ideales, por lo que en tales casos el modelo de gases ideales es útil.

Según la interpretación de van't Hoff, toda solución con solutos disueltos ejerce una presión osmótica sobre una membrana semipermeable, igual a la presión que ejercería en un mismo volumen una misma cantidad de moléculas en estado gaseoso, sin importar el tipo de sustancias. A partir de esta idea y de la fórmula de gases ideales, van't Hoff propuso la primera fórmula que define a la presión osmótica cuantitativamente:

Π = iMsolutoRT

Donde Π (la letra griega pi) es la presión osmótica, i es el factor van't Hoff, Msoluto es la concentración molar (molaridad) de soluto disuelto, R la constante universal de gases ideales, y T la temperatura. A continuación, se describirá detalladamente esta fórmula:
 
En la fórmula figura la concentración molar de soluto disuelto (Msoluto) en la solución que recibe el flujo de solvente, justamente porque como se explicó anteriormente, la presión osmótica es directamente proporcional a la concentración de soluto disuelto (independientemente del tipo de soluto). La concentración molar (molaridad), como ya se dijo, indica la cantidad de moles de soluto disuelto por litro de solución.

La temperatura T se utiliza en la fórmula debido a que la magnitud de la presión osmótica es directamente proporcional a la temperatura. Esto es así, porque a mayor temperatura, mayor energía térmica absorben las moléculas y ésta se convierte en energía cinética (energía de movimiento), por lo tanto, a mayor temperatura, las moléculas se mueven más rápido (incluyendo a las moléculas de solvente que fluyen hacia la solución con mayor concentración de solutos). La presión osmótica se percibe en la membrana semipermeable por las colisiones de las moléculas, cuanta más energía cinética tienen las moléculas, mayor cantidad de veces colisionarán contra la membrana y con mayor energía, esto da como resultado más presión osmótica.

En la fórmula de la presión osmótica, la temperatura T se mide en Kelvins. El Kelvin es la unidad de medida de temperatura cuyo cero absoluto es la menor temperatura posible en el Universo, equivalente a -273,15 ºC (grados Celsius). Entonces, por ejemplo, 0 ºC equivalen a 273,15 K; 20 ºC equivalen a 293,15 K; 100 ºC (punto de ebullición del agua) equivalen a 373,15 K.

Por que la presion osmotica es directamente proporcional a la temperatura
Por qué la presión osmótica es directamente proporcional a la temperatura - Cliquear para ampliar la imagen

El factor de van't Hoff simbolizado con la letra i, se refiere al grado de disociación que tienen las moléculas de soluto. La disociación es un proceso en el que las moléculas de sustancias iónicas solubles, al disolverse, se separan en sus átomos constituyentes o en moléculas más simples. Estos átomos y moléculas más simples, se denominan iones, y tienen carga eléctrica positiva y negativa. El factor de van't Hoff indica en cuántas partes se separa un determinado tipo de molécula. Por ejemplo:

Las moléculas de sal común (NaCl o Cloruro de Sodio), al disolverse en agua se separan en átomos de Na y Cl, por lo tanto para la sal común (NaCl) i es igual a 2. Para las moléculas de MgCl2 (Cloruro de Magnesio) el factor de van't Hoff i es igual a 3, ya que al disolverse, sus moléculas se separan en 3 iones (1 de Mg y 2 de Cl).

En el caso de las sustancias que no son iónicas, por ejemplo la glucosa, como al disolverse no se disocian, para ellas el factor van't Hoff i es igual a 1.

El factor van't Hoff es necesario para medir la presión osmótica debido a que como se explicó más arriba, por ser una propiedad coligativa que no depende del tipo de soluto disuelto sino de su concentración, las partes constituyentes de solutos iónicos al disociarse se comportan como partículas separadas, lo cual aumenta la concentración de soluto y por ende a la presión osmótica. Por ejemplo, si a una temperatura dada, se disuelve en un recipiente con agua, 1 mol de glucosa y en otro recipiente con agua se disuelve 1 mol de sal común (NaCl), como las moléculas de sal son iónicas y cada una se disocia en dos iones (1 ion de Na y 1 ion de Cl, es decir i = 2), esto duplicará la concentración de sal y por ende la presión osmótica. O sea, que en el recipiente con sal disuelta la presión osmótica será doble. 

Que indica el Factor van t Hoff en la presion osmotica
Qué indica el Factor van't Hoff en la presión osmótica - Cliquear para ampliar la imagen

La Constante de Gases Ideales R, es un valor constante (que siempre se mantiene igual) para todo tipo de soluciones con ósmosis, y que proviene de la fórmula de gases ideales. Vale recordar que Jacobus Henricus van 't Hoff ideó la fórmula de presión osmótica, al observar que se trata de un fenómeno que se comporta de manera similar a los gases ideales. El valor de la Constante Universal de Gases Ideales depende de la unidad de medida de presión que se utiliza: En caso de medirse en kiloPascales, el valor de R es 8,314. Si la presión se mide en atmósferas (atm), el valor de R es 0,08206. Para medir la presión osmótica, la unidad de presión que más se suele utilizar es la atmósfera (atm), es por ello que el valor de R más utilizado es 0,08206. Vale remarcar que 1 atmósfera (1 atm) equivale a la cantidad de presión que ejerce la atmósfera a nivel del mar.

El uso de la Constante Universal de Gases Ideales para medir la presión osmótica puede generar confusiones o dudas, por eso, si bien el comportamiento de los gases ideales escapa al objetivo de este artículo, se dará una breve descripción para interpretar mejor qué es la constante R y cómo surgió.

Durante el siglo XVII (años 1600s), cuando comenzó a estudiarse el comportamiento físico de los gases, a partir de las investigaciones y experimentos de los científicos británicos Robert Boyle, Henry Power y Richard Towneley se descubrió que cuando una determinada cantidad de un gas cualquiera se encuentra dentro de un recipiente a una temperatura constante, al disminuir el volumen del recipiente, la presión ejercida por el gas sobre las paredes del recipiente aumenta (por ejemplo, si se aprieta un globo lleno de aire, su volumen disminuye y la presión ejercida por las moléculas de aire sobre la pared del globo aumenta). Matemáticamente, esta relación entre presión y volumen de gases quedó definida a través de la siguiente ecuación:

PV = k

Donde a una temperatura constante para una cantidad determinada de gas, al multiplicar la presión (P) por el volumen (V), siempre se obtiene un mismo valor constante (k). Para ello, al aumentar la presión disminuye el volumen. Por ejemplo, si el volumen de un recipiente con un gas cualquiera disminuye a la mitad, la presión ejercida por las moléculas del gas sobre las paredes del recipiente aumenta al doble. Sin embargo, quedaba entender por qué este valor constante variaba para distintos volúmenes de gas y a diferentes temperaturas. La respuesta a esa pregunta llegaría algo más de un siglo después.

Hacia finales del siglo XVIII (años 1700s), el científico francés Jacques Charles descubrió que siempre que la presión en un recipiente lleno de gas se mantenga constante, al aumentar la temperatura, aumenta proporcionalmente el volumen del gas. Es decir, si la temperatura de un gas se duplica, su volumen también. Por ejemplo, en un recipiente lleno de gas, con su parte superior móvil (para que la presión se mantenga constante), al calentar el recipiente, el gas se expande y ocupa un mayor volumen en el recipiente. Matemáticamente, esta relación entre temperatura y volumen quedó definida a través de la siguiente ecuación:

V/T = b

Donde a una presión constante, siempre que se divide el volumen (V) entre la temperatura (T) de un gas, el resultado es un valor constante (b). Ya que el volumen del gas es directamente proporcional a la temperatura, por ejemplo a una temperatura doble, el volumen también aumenta al doble, por lo que el resultado siempre es el mismo valor constante b.

Luego, a principios del siglo XIX (años 1800s) el científico francés Joseph Louis Gay-Lussac descubrió que para una cantidad determinada de gas a volumen constante, la presión del gas es directamente proporcional a su temperatura. Por ejemplo, si un recipiente cerrado con gas en su interior se calienta al doble de su temperatura inicial, las moléculas de gas ejercerán sobre las paredes del recipiente, el doble de la presión inicial. Matemáticamente esto quedó definido así:

P/T = k

Donde para una cantidad determinada de gas a volumen constante, siempre que se divide la presión (P) entre la temperatura (T), el resultado es el mismo valor constante k. Si aumenta al doble la temperatura, también debe aumentar al doble la presión, para que al dividirse estos valores siempre den el mismo resultado constante.  
 
Finalmente en 1811, el científico italiano, Amedeo Avogadro, concluyó que todos los gases a una temperatura, presión y volumen constantes, tienen la misma cantidad de moléculas. Es decir, que si la presión y la temperatura se mantienen constantes, el volumen del gas es directamente proporcional a su cantidad de moléculas. Por ejemplo, si se infla un globo y al soplar se duplica la cantidad de moléculas de aire que hay en su interior, el globo se expandirá al doble de su volumen. Matemáticamente esto quedó definido de la siguiente manera:

V/n = a

Donde a una temperatura y presión constantes, siempre que se divide el volumen (V) de un gas entre el número de moléculas de gas (n) expresado en moles, da como resultado el mismo valor constante a.

Curiosamente, todos estos científicos estaban analizando distintas formas de una misma ecuación. Unas décadas más tarde, se encontró que si todas estas ecuaciones se juntan, dan siempre como resultado un mismo valor constante:

PV / nT = R

Donde R es el valor constante que relaciona a la presión (P), al volumen (V), a la temperatura (T) y a la cantidad de materia expresada en moles (n) para cualquier tipo de gas. Por eso este valor constante fue bautizado Constante Universal de los Gases Ideales. Y de allí surgió la fórmula de gases ideales PV = nRT. Van't Hoff observó en 1886 que el comportamiento de la presión osmótica es similar a los gases ideales, a partir de eso formuló a la ecuación de la presión osmótica y por eso su similitud con la ecuación de los gases ideales y el uso de la misma constante de gases ideales R.

Volviendo al tema principal de este artículo, como la unidad de presión más utilizada para medir a la presión osmótica es la atmósfera (atm), el valor de R que se usa es 0,08206 (atm L) / (mol K). Se recuerda que la temperatura se mide en Kelvins (K), el volumen en Litros (L), y la concentración de solutos disueltos en molaridad (mol / L).

Fuentes de información:


Be the first to like it

Share
Related Articles

Photo Gallery
Photoalbum: 

Cómo funciona la ósmosis


Suggested posts
Follow Youbioit