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Qué es ósmosis y qué la genera


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En este artículo se analizará detalladamente el fenómeno físico conocido con el nombre de ósmosis, tratándolo inicialmente desde un punto de vista muy sencillo, y a lo largo del desarrollo del artículo se irá profundizando más en la explicación hasta llegar a analizar las razones por las que ocurre a nivel molecular (un tema que no se suele tocar en la mayoría de los artículos y libros de texto de física que tratan el tema de la ósmosis).

Tradicionalmente, se define a la ósmosis como: un fenómeno físico por el cual las moléculas de un solvente líquido (por ejemplo agua) pasan a través de una membrana semipermeable, de una solución con menor concentración de un soluto a una solución con mayor concentración de soluto.

¿Pero qué significa eso exactamente? A continuación se analizará cada punto de esta definición para que al finalizar, el lector comprenda bien e interprete el funcionamiento de la ósmosis.

Primero algunas definiciones:

  • Una solución (solución química) es una mezcla homogénea en la que las moléculas de una sustancia se distribuyen a lo largo y lo ancho de un medio o sustancia que se encuentra en mayor concentración o cantidad. Por ejemplo, sal disuelta en un vaso de agua, es decir, una mezcla de sal en agua, en la que las moléculas de sal (cloruro de sodio) se distribuyen de manera uniforme por toda el agua del vaso.
      
  • La sustancia que tiene menor concentración -o sea que es minoría- en una solución, se conoce con el nombre de soluto. En el ejemplo mencionado, la sal es el soluto en la solución de agua con sal.
      
  • La sustancia que tiene mayor concentración -o sea que es mayoría- en una solución, se conoce con el nombre de solvente (también se lo llama con el sinónimo disolvente y significa exactamente lo mismo). En el ejemplo mencionado, el agua es el solvente en la solución de agua con sal.
      
  • O sea, las moléculas de soluto se distribuyen uniformemente en un solvente que se encuentra en mayor proporción. Por ejemplo: moléculas de sal en agua, moléculas de azúcar en agua, proteínas en agua.
     
  • Se dice que las soluciones son mezclas homogéneas porque visualmente no se pueden distinguir las partes que la componen, y no se distiguen separaciones entre ellas, es decir, los solutos se dispersan de manera uniforme por todo el solvente. Por el contrario, en una mezcla heterogénea, las partes que la componen se pueden distinguir visualmente y se pueden formar regiones visualmente distinguibles de cada componente de la mezcla. Por ejemplo, la sal disuelta en agua es una solución, es decir una mezcla homogénea (el prefijo homo indica igualdad), mientras que la arena en agua es una mezcla heterogénea (el prefijo hetero indica diferencia), ya que los granos de arena se distinguen visualmente, y de hecho se mantienen separados del agua, posándose en el fondo o parte de abajo del recipiente.
     
  • Comúnmente, se suele utilizar el término de solución para líquidos, pero las soluciones en gases y sólidos también son posibles. En el caso de este artículo sobre la ósmosis, nos concentraremos únicamente en las soluciones líquidas.
      
  • Una membrana semipermeable es un tipo de membrana que permite que las moléculas de una determinada sustancia la atraviesen, mientras que no permite que la atraviesen las moléculas de otra sustancia. Esto sucede porque la membrana semipermeable tiene poros (infinitesimalmente pequeños) que permiten el paso de las moléculas de una determinada sustancia por ser dichas moléculas más pequeñas que los poros, mientras que no deja pasar a las moléculas de otra sustancia por ser más grandes que los poros. Por eso se dice que es semipermeable, ya que es permeable al paso de ciertos tipos de moléculas y no es permeable a otros tipos de moléculas, o sea que bloquea el paso de estas últimas.

  
Ahora sí se puede continuar con la explicación de qué es exactamente la ósmosis y cómo funciona:

Para comenzar, se debe tener en cuenta que la ósmosis es un tipo de difusión molecular. Vale aclarar que la difusión molecular es un proceso físico en el que las moléculas de una solución (tanto las moléculas de soluto como de solvente) contenida en un medio determinado (por ejemplo un recipiente de vidrio como el de la imagen de abajo) tienden a distribuirse de manera uniforme por todo el recipiente. Por ejemplo, en una solución de agua con sal, tanto las moléculas de sal como las de agua se distribuirán de manera uniforme por todo el recipiente hasta quedar la distribución de moléculas equilibrada. El proceso de distribución de moléculas en la difusión molecular se desarrolla u ocurre de la zona de mayor concentración de una determinada sustancia hacia donde la concentración de ese tipo de sustancia es menor, hasta quedar uniformemente distribuida por todo el recipiente. 

Difusion simple
Ejemplo de difusión molecular - Cliquear para ampliar la imagen

Por ejemplo, en un recipiente con agua pura y una membrana permeable que divide al recipiente en dos mitades (la membrana permeable permite el paso de las moléculas de cualquier sustancia de una mitad del recipiente a la otra), si se disuelve sal del lado izquierdo, la concentración de moléculas de sal será mayor del lado izquierdo y nula del lado derecho. Sin embargo, debido al fenómeno de difusión molecular, inmediatamente las moléculas de sal (que es el soluto de esta solución) traspasarán a la fina membrana permeable, desde la mitad izquierda del recipiente donde su concentración es alta, a la mitad derecha donde su concentración es más baja (nula al principio). La difusión de la sal se detendrá cuando la concentración de este soluto sea la misma de ambos lados y la distribución de moléculas de sal quede equilibrada en todo el recipiente.

Como se puede observar en la imagen de arriba, las moléculas de sal realizan un movimiento neto de izquierda a derecha. Sin embargo, algunas moléculas de sal vuelven de la mitad derecha hacia la izquierda, pero al instante esto se compensa con una mayor cantidad de moléculas que traspasan a la membrana del lado izquierdo al lado derecho. La cuestión es que durante el proceso de difusión molecular del ejemplo, el movimiento neto de moléculas de sal es de izquierda a derecha (mayor cantidad de moléculas de sal que pasan de la mitad izquierda a la mitad derecha que de la mitad derecha a la mitad izquierda). Una vez equilibrada la concentración de moléculas de sal (o sea del soluto) en ambas mitades, las moléculas seguirán moviéndose y traspasando la membrana permeable de un lado al otro, solo que el número de moléculas que pasarán de la mitad izquierda a la derecha será exactamente igual que el número de moléculas que pasan de la mitad derecha a la mitad izquierda del recipiente, manteniéndose así la concentración de sal equilibrada en ambas mitades.

Reiterando una vez más, el fenómeno físico de difusión molecular de una determinada sustancia en una solución, siempre se desarrolla desde la zona donde la concentración de esa sustancia es mayor hacia la zona donde es menor, o sea que sus moléculas realizan un movimiento neto en sentido hacia donde la concentración de moléculas de la sustancia en cuestión es inferior. La difusión molecular de esta sustancia se detiene una vez logrado el equilibrio de concentración de dicha sustancia en todo el recipiente o medio en el que se encuentra disuelta.

Como ya se dijo, la ósmosis es un tipo de difusión molecular, solo que en la ósmosis, en lugar de haber una membrana permeable, hay una membrana semipermeable que es atravesada solamente por las moléculas del solvente y no por las moléculas del soluto como ocurre en la difusión común explicada en los párrafos anteriores. Se considera que es una membrana semipermeable porque es únicamente permeable a un tipo de sustancia, mientras que no es permeable a otros tipos de sustancias. Para decirlo en palabras más sencillas, en una solución donde ocurre el fenómeno de ósmosis, solamente pueden pasar por los poros de la membrana semipermeable las moléculas del solvente (por ejemplo agua), mientras que las moléculas del soluto (por ejemplo sal de cocina) no pueden pasar por los poros de la membrana semipermeable. Esto ocurre porque las moléculas del solvente (por ejemplo agua) son más pequeñas que los poros de la membrana semipermeable, mientras que las moléculas del soluto (por ejemplo sal de cocina o azúcar) son más grandes que los poros de la membrana semipermeable y no pueden atravesarlos.

En la siguiente imagen se muestra un recipiente con una solución de agua con azúcar. El recipiente tiene en el centro una membrana semipermeable (representada con una línea vertical con rayas discontinuas) que puede ser atravesada por las moléculas del solvente (agua), pero no puede ser atravesada por las moléculas del soluto (azúcar). Esto ocurre porque las moléculas de agua son más pequeñas que los poros de la membrana semipermeable, mientras que las moléculas de azúcar son más grandes que los poros de la membrana semipermeable, y no pueden pasar a través de ellos.

 Que es una membrana semipermeable
Qué es una membrana semipermeable - Cliquear para ampliar la imagen

Otra aclaración para los que recién se inician en temas relacionados a la física o la química: los tamaños de las moléculas en la imagen no son reales, son simplemente representativos para entender la idea que se intenta explicar. En realidad, los tamaños de las moléculas son infinitesimalmente pequeños. Por ejemplo, el diámetro de las moléculas de agua es aproximadamente 37 millones de veces más pequeño que 1 centímetro y el diámetro aproximado de las moléculas de azúcar es unas 10 millones de veces más pequeño que 1 centímetro (las moléculas de azúcar son cerca de cuatro veces más grandes que las de agua). 
  
Ahora que ya quedaron claros los conceptos de difusión y membrana semipermeable, se puede explicar fácilmente a través de un ejemplo, la idea básica de qué es la ósmosis.
El siguiente es un ejemplo de cómo se desarrolla el proceso de ósmosis en un recipiente de vidrio dividido en dos sectores, y que tiene una fina membrana semipermeable ubicada en la parte inferior del recipiente entre los dos sectores. La membrana semipermeable está representada por una línea vertical con rayas discontinuas. A continuación, se muestra la imagen del ejemplo de ósmosis, y abajo de la imagen se describe detalladamente cada punto del ejemplo.

  Ejemplo de osmosis
Ejemplo de ósmosis - Cliquear para ampliar la imagen

1- Primero se coloca agua pura en el recipiente de vidrio dividido en dos sectores. No importa en qué sector se vierte el agua, ya que las moléculas de agua pueden atravesar a la membrana semipermeable, y de esta manera, se distribuye de forma uniforme por todo el recipiente hasta quedar en cantidades iguales en ambos sectores. Esto significa que cuando se vierte agua pura en uno de los sectores del recipiente, luego de un rato, dicha agua pura se distribuye por todo el recipiente uniformemente, atravesando a la membrana semipermeable, hasta que alcanza exactamente el mismo volumen de agua pura en ambos sectores. Como se observa en el primer punto de la imagen de arriba, el nivel de agua en ambos sectores queda equilibrado a la misma altura, ya que se logra una misma cantidad de agua en los dos lados.

El agua que se vierte es pura, por lo que se tiene una concentración de agua del 100% en ambos sectores.
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2- Luego se disuelve sal en los dos sectores del recipiente. En el sector derecho se disuelve una mayor cantidad de sal que en el sector izquierdo. De esta manera, se obtienen dos soluciones líquidas de agua con sal en ambos sectores. El agua es el solvente y la sal es el soluto de las soluciones líquidas obtenidas.

Debido a que la cantidad de agua no varía en ninguno de los dos sectores, y que en el sector derecho se disuelve una mayor cantidad de sal, a la derecha se logra una solución con una concentración de 30% de sal y 70% de agua, mientras que del lado izquierdo se logra una solución con una concentración de 10% de sal y 90% de agua.

A no confundirse, la cantidad de agua sigue siendo exactamente la misma en ambos sectores, lo que varía es la concentración porcentual de agua en la solución que se forma. El término concentración se refiere a la proporción de solvente y solutos dentro de una solución. Entonces, como se disuelve más sal del lado derecho, la concentración porcentual (o sea la proporción expresada en porcentaje) de sal en el sector derecho es mayor que en el lado izquierdo.

En el sector izquierdo, las moléculas de sal (el soluto) representan un 10% de la solución líquida formada, mientras que el restante 90% pertenece a las moléculas de agua (el solvente). En el sector derecho del recipiente, las moléculas de sal (el soluto) representan el 30% de la solución líquida, mientras que las moléculas de agua representan el 70% de la solución líquida.
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3- En este tercer punto se describe el fenómeno de ósmosis propiamente dicho. La ósmosis ocurre cuando hay diferencia de concentración de solventes (en este ejemplo agua) entre dos soluciones líquidas vinculadas por una membrana semipermeable. En esos casos, las moléculas del solvente (en este ejemplo agua) se dirigirán de la solución líquida con mayor concentración de solvente hacia la solución líquida con menor concentración de solvente, hasta equilibrarse la concentración de solvente en ambas soluciones. El término concentración se refiere a la proporción expresada en porcentajes de solvente y solutos en una solución líquida.

La concentración de agua (el solvente) en la solución del sector izquierdo del recipiente era de 90% en el momento en que se disolvió la sal, mientras que la concentración de agua en la solución derecha era de 70%. Como hay una diferencia de concentración de agua entre las dos soluciones y ambas están vinculadas por una membrana semipermeable en la parte inferior del recipiente, las moléculas de agua de la solución del sector izquierdo atravesarán a la membrana semipermeable hasta equilibrarse la concentración de agua en los dos sectores y alcanzar una concentración de agua del 80% en ambos lados. En el ejemplo, por el fenómeno de ósmosis, la concentración de agua se reduce en la solución de la izquierda del 90% al 80%, mientras que en la solución de la derecha aumenta del 70% al 80%, y así quedan equilibradas las concentraciones de solvente en ambas soluciones líquidas.

La ósmosis es un tipo de difusión molecular (la difusión molecular es un proceso físico en el que las moléculas de cierto tipo pasan de un medio físico donde la proporción de estas moléculas es alta a un medio donde su proporción es más baja, atravesando una membrana permeable a dichas moléculas, hasta que la concentración de estas moléculas se equilibre en ambos medios), solo que en la ósmosis, en lugar de haber una membrana permeable tanto al solvente como a los solutos, hay una membrana semipermeable que puede ser atravesada únicamente por las moléculas del solvente y no por las moléculas del soluto. Esto ocurre porque las moléculas de solvente (agua en este ejemplo) son más pequeñas que los poros de la membrana semipermeable, pudiendo pasar a través de ellos, mientras que las moléculas de soluto son más grandes que los poros de la membrana semipermeable y no pueden atravesarlos.

Es por eso que a pesar de haber una diferencia de concentración de sal entre ambas soluciones (mayor concentración de sal en la solución del sector derecho) la sal intenta atravesar a la membrana semipermeable del lado derecho al izquierdo para equilibrar su proporción, pero no puede lograrlo. Sin embargo, las moléculas de agua sí pueden atravesar a la membrana semipermeable, por lo que logran equilibrar la concentración de solvente en los dos sectores al pasar de la solución izquierda a la derecha.

Ahora sí, al finalizar el proceso de ósmosis, la cantidad de agua en el sector derecho es mayor a la del sector izquierdo, pero las concentraciones (o sea las proporciones de agua respecto al total de cada solución) se equilibraron y ahora son iguales en ambas soluciones (80% de agua en las soluciones de ambos sectores).
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Entonces, una manera de resumir la idea básica de qué es ósmosis, es la siguiente:

El fenómeno de la ósmosis ocurre cuando dos soluciones vinculadas 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 vinculadas 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.

  
  
Ya explicados los conceptos básicos de qué es la ósmosis, a partir de este punto se irá profundizando en el análisis de este fenómeno para entenderlo mejor y más detalladamente, ya que hay muchas otras variables a tener en cuenta en el desarrollo del proceso de ósmosis. La primera variable que se describirá es lo que se llama potencial osmótico.
  
  
Qué es el potencial osmótico

Un concepto fundamental para comprender con mayor profundidad e interpretar mejor cómo funciona la ósmosis es el de potencial osmótico. El potencial osmótico es parte de algo llamado el potencial hídrico.
  
El potencial hídrico indica la cantidad de energía potencial que tienen las moléculas de agua para moverse de un lugar a otro, es decir, permite conocer la capacidad de movimiento que poseen las moléculas de agua. Esto significa que con el potencial hídrico se puede saber hacia dónde va a fluir el agua debido a la ósmosis, gravedad, presión u otros factores. Para el caso particular de la ósmosis, se tendrán en cuenta tres de los factores del potencial hídrico: el potencial osmótico, el potencial de presión y el potencial gravitacional.

En el caso de la ósmosis, el potencial hídrico (o sea lo que indica hacia dónde se moverán las moléculas de agua) es el resultado de la suma del potencial osmótico (que se explicará a continuación), el potencial gravitacional y el potencial de presión (que también se explicarán luego). Por lo tanto:

Potencial Hídrico = Potencial Osmótico + Potencial Gravitacional + Potencial de Presión

Para facilitar la comprensión de lo que es el potencial osmótico, en los siguientes ejemplos se considerarán potenciales gravitacionales y potenciales de presión igual a 0 (cero), es decir, solamente se considerará al potencial osmótico, hasta que quede bien claro de qué se trata. A partir de entonces, en ejemplos subsiguientes, y una vez explicado qué son el potencial gravitacional y el potencial de presión, también se tendrán en cuenta estos últimos.

Entonces, en los siguientes ejemplos se considerará:

Potencial Hídrico = Potencial Osmótico + 0 + 0

El componente de esta suma conocido como potencial osmótico es el que indica cuánto se reduce el potencial hídrico del agua, o sea, cuánto se reduce -a causa de solutos disueltos- la capacidad de movimiento de las moléculas de agua de una solución hacia otra (soluciones líquidas separadas por una membrana semipermeable).

Potencial hidrico de dos soluciones durante la osmosis
Ejemplo de potencial hídrico de dos soluciones durante la ósmosis - Cliquear para ampliar la imagen

El potencial osmótico lo provocan los solutos disueltos en el agua (el agua es el solvente), ya que reducen la capacidad de moverse a las moléculas de agua de la solución que tiene mayor concentración de solutos disueltos. Esto significa, que si se disuelve un soluto en agua, el potencial hídrico de las moléculas de agua de esa solución disminuye, o sea que en lugar de moverse las moléculas de esta solución hacia otra solución ubicada al otro lado de una membrana semipermeable, la solución con mayor concentración de solutos (menor potencial hídrico) recibirá moléculas de agua provenientes de la solución que se encuentra del otro lado de la membrana semipermeable y que tiene menor concentración de soluto. 

Las moléculas de agua de la solución con mayor potencial hídrico (mayor capacidad de movimiento) tienen más energía para empujar a las moléculas de la solución con menor potencial hídrico. En otras palabras, en la ósmosis, las moléculas de agua siempre se mueven de la solución con mayor potencial hídrico a la de menor potencial hídrico. La diferencia o gradiente de potencial hídrico entre ambas soluciones indica hacia dónde ocurrirá la ósmosis.

Potencial hidrico y potencial osmotico en agua pura sin solutos
Potencial hídrico y potencial osmótico en agua pura sin solutos - Cliquear para ampliar la imagen

El potencial hídrico se simboliza con la letra griega Ψ (se pronuncia psi). El agua pura (sin solutos disueltos) siempre tiene un potencial hídrico con valor 0 (cero), es decir Ψ = 0. Si se tiene un recipiente con dos sectores separados, pero con una membrana semipermeable en la parte inferior, y ambos sectores tienen agua pura (sin solutos disueltos), el potencial hídrico en ambos sectores del recipiente será nulo. Esto significa que el agua se mantendrá quieta en ambos sectores y no se moverá entre dichos sectores del recipiente.

Ψsector_izquierdo = Ψsector_derecho = 0

El potencial hídrico Ψ se mide en pascales (es una medida de presión, dada la presión que ejerce el agua de la solución con mayor potencial hídrico sobre la solución con menor potencial hídrico). El pascal es una unidad de presión, y se la puede definir como la presión que ejerce por una fuerza de 1 Newton sobre una superficie de 1 m2. El Newton es la unidad de fuerza en física. En física, la fuerza es lo que origina los movimientos de los cuerpos, o lo que genera el cambio de velocidad de los objetos en movimiento (aceleración). En este caso, el potencial hídrico se mide en pascales, porque se refiere a la presión que puede ejercer potencialmente el agua de la solución con mayor concentración de solvente (menor concentración de soluto), sobre la solución con menor concentración de solvente (mayor concentración de soluto).

El potencial hídrico nunca tiene un valor positivo, y el mayor valor posible es 0 (cero), y corresponde al agua pura (agua sin solutos disueltos). Cada vez que se disuelve un soluto (por ejemplo azúcar) en agua (el solvente de la solución líquida), el soluto reduce el potencial hídrico de la solución líquida. Esta reducción del potencial hídrico se denomina potencial osmótico y siempre tiene valores negativos, ya que resta potencial hídrico a la solución líquida.

Como ya se explicó, en la ósmosis el agua se mueve de la solución con mayor potencial hídrico (menor concentración de solutos) a la solución de menor potencial hídrico (mayor concentración de solutos). Por lo tanto, al agregar soluto al agua, el potencial osmótico (siempre de valores negativos) reduce al potencial hídrico hacia valores negativos. Entonces, más solutos disueltos, más negativo (o sea menor) será el valor total de potencial hídrico de la solución. El potencial osmótico se simboliza Ψs (el sufijo s es debido a que el potencial osmótico es causado por solutos disueltos).

A continuación, un ejemplo para graficar mejor esta idea (primero se muestra la imagen y más abajo la explicación):

Potencial osmotico y potencial hidrico en dos soluciones con concentraciones distintas de agua y solutos
Potencial Osmótico y Potencial Hídrico en dos soluciones con distintas concentraciones de agua y sal - Cliquear para ampliar la imagen

En un tubo con forma de U se tienen dos mitades con una misma cantidad de agua, separadas por una membrana semipermeable. Primero, en ambas mitades hay agua pura sin solutos, es decir, 100% de concentración de agua, y por lo tanto, potencial osmótico Ψs = 0 MPa y potencial hídrico Ψ = 0 MPa.

Luego, se disuelve sal en ambas mitades del recipiente. En el lado derecho se disuelve más sal que en el lado izquierdo.

De esta manera, la concentración de agua (solvente) en la solución izquierda es de 90% mientras que la concentración de sal (soluto) es de 10%. La sal, que es el soluto de la solución, reduce al potencial osmótico de Ψs = 0 MPa a Ψs = -1 MPa. Esto le da a la solución izquierda un potencial hídrico de Ψ = -1 MPa.

Mientras que en la solución derecha, la concentración de agua es de 70% y la concentración de sal (soluto) es de 30%. La sal reduce al potencial osmótico de Ψs = 0 MPa a Ψs = -3 MPa. Esto le da a la solución derecha un potencial hídrico de Ψ = -3 MPa.

Como -1 es mayor a -3, el agua fluirá de la solución de la mitad izquierda del tubo (mayor potencial hídrico, o sea Ψ = -1) a la solución de la mitad derecha del tubo (menor potencial hídrico, o sea Ψ = -3).

Los valores de potencial hídrico del ejemplo anterior y de los siguientes ejemplos, se expresan en Megapascales (millones de pascales) dado que si se utilizan Pascales, los valores obtenidos son muy grandes (-1 Megapascal equivale a -1000 kiloPascales y -1.000.000 de Pascales, mientras que -3 Megapascales equivalen a -3000 kiloPascales y -3.000.000 de Pascales).
 
El movimiento del agua de la solución izquierda hacia la solución derecha se detendrá cuando ambas soluciones logren concentraciones iguales de agua y sal (80% de agua y 20% de sal en ambas soluciones) y por ende, logren iguales potenciales osmóticos Ψs = -2 MPa, así como iguales potenciales hídricos Ψ = -2 MPa.

A pesar que ambas soluciones seguirán teniendo potenciales osmóticos negativos de Ψs = -2 MPa (por seguir teniendo las dos soluciones sal disuelta) y por lo tanto potenciales hídricos negativos, debido a que dichos potenciales se igualan en las dos soluciones luego de igualarse las concentraciones de solventes y las concentraciones de solutos, el agua dejará de fluir.

Es necesario recordar que el valor máximo de potencial osmótico que se puede tener es 0 (cero) MPa, y solamente ocurre en agua pura sin solutos. Los solutos disueltos, siempre reducen al potencial osmótico y por consiguiente le confieren valores negativos, como se mostró en el ejemplo anterior.

Por motivos de sencillez, hasta este punto se han despreciado los otros dos factores que conforman al potencial hídrico, es decir, el potencial gravitacional y el potencial de presión (en los ejemplos anteriores se les asignó valor cero). Sin embargo, en la naturaleza, ambos tienen una influencia importante sobre el valor final del potencial hídrico y en la determinación de hacia dónde fluirá el agua durante el fenómeno de ósmosis.

La explicación se dará a través de un ejemplo (primero se muestra la imagen y abajo se da la explicación):

Como afecta la gravedad al potencial hidrico durante la osmosis
Cómo afecta la gravedad al potencial hídrico durante la ósmosis - Cliquear para ampliar la imagen

1. En un tubo con forma de U se tienen dos mitades con una misma cantidad de agua, separadas por una membrana semipermeable. En ambas mitades hay agua pura sin solutos, es decir, 100% de concentración de agua, y por lo tanto, potencial osmótico Ψs = 0 MPa. Asimismo, como el agua está distribuida uniformemente por todo el recipiente, la masa de agua medida en kilogramos es exactamente la misma en ambas mitades del tubo con forma de U, por lo tanto la gravedad no afecta al movimiento del agua, y ésta se queda quieta y nivelada. Al ser el potencial osmótico nulo en ambas mitades, no hay ósmosis y el agua no fluye, además la gravedad no afecta al agua por estar uniformemente distribuida, entonces por todas esas razones, el potencial hídrico Ψ también es cero Ψ = 0 MPa.
   
 
2. A continuación, se disuelve sal en la mitad derecha del recipiente. En el lado izquierdo del recipiente no se disuelve nada y el agua sigue siendo pura y sin solutos.

Entonces, la concentración de agua del lado izquierdo es de 100%, mientras que en la solución derecha la concentración de agua (el solvente) es de 70% y la concentración de sal (el soluto) es de 30%. La sal reduce al potencial osmótico en la mitad derecha del recipiente, de un valor de Ψs = 0 MPa a un valor de Ψs = -3 MPa. Esto le da a la solución derecha un potencial hídrico de Ψ = -3 MPa. Dado que del lado izquierdo el agua sigue siendo pura y sin solutos, el potencial osmótico continúa siendo Ψs = 0 MPa. Cabe destacar que cuando el agua no tiene solutos disueltos y es pura, el potencial osmótico es 0 MPa.

Como todavía, antes de empezar la ósmosis, la masa de agua en kilogramos es la misma en ambas mitades del recipiente con forma de U, la gravedad no afecta aún al movimiento del agua. Solamente lo afectará el potencial osmótico debido a la sal disuelta en la solución derecha.

Dado que 0 es mayor a -3, el agua fluirá de la mitad izquierda del tubo (mayor potencial hídrico, o sea Ψ = 0 MPa) a la solución de la mitad derecha del tubo (menor potencial hídrico, o sea Ψ = -3 MPa). Vale recordar que -3 Megapascales equivalen a -3000 kiloPascales y -3.000.000 de Pascales.

 
 
3. Debido a la diferencia de concentración de agua entre ambas mitades, el agua fluye por ósmosis de la mitad izquierda del recipiente hacia la mitad derecha donde se encuentra la solución de agua con sal. Aunque teóricamente el agua dejaría de fluir cuando la concentración de agua de la mitad derecha fuera igual a la concentración de agua de la mitad izquierda, es decir 100% de agua, esto no podría ocurrir, ya que del lado derecho siempre va a haber sal disuelta y es imposible lograr una concentración de 100% de agua (únicamente posible en agua pura sin solutos). Entonces, para lograr la concentración de agua en un 100% del lado derecho, el agua debería seguir fluyendo hacia la derecha eternamente, incluso por encima del borde del recipiente, cosa que lógicamente es imposible.

Sin embargo, en la vida real, el agua deja de fluir mucho antes. Cuando la solución derecha alcanza una concentración de 80% de agua y 20% de sal, el agua se detiene. Lo que detiene al flujo del agua es el propio peso de la columna de agua que se acumula en la mitad derecha. Desde que comienza a fluir el agua por ósmosis, también va aumentando una fuerza de sentido contrario al movimiento del agua, una fuerza causada por la gravedad. Cuando el peso de la columna derecha sea suficiente como para ejercer una presión numéricamente igual pero de sentido contrario a la presión ejercida por las moléculas de agua que se mueven hacia la derecha, el agua se detendrá. Esta fuerza opositora se debe a la diferencia de peso entre el agua de la mitad izquierda y el agua de la mitad derecha del tubo con forma de U (como se muestra en la imagen, por el flujo de agua ocurrido a causa de la ósmosis, va a haber más agua del lado derecho que del izquierdo, y se va a seguir incrementando hasta que por su propio peso no pueda seguir ascendiendo).

El sentido de la fuerza ejercida por la gravedad en la columna de agua acumulada a la derecha es contrario, y por lo tanto de signo opuesto (positivo), al del movimiento del agua por ósmosis (signo negativo). Por ende, el agua se detendrá cuando la presión ejercida por el peso de la columna de agua acumulada a la derecha sea numéricamente igual pero de signo opuesto al potencial osmótico. A partir de ese instante, el potencial hídrico en la mitad derecha pasa a ser 0 MPa.

Con el potencial hídrico se puede determinar hacia dónde se va a mover el agua a causa de la diferencia de concentración de agua y solutos entre dos medios líquidos (potencial osmótico), así como a causa del efecto de la gravedad sobre el agua (potencial gravitacional).

En la suma que da forma al potencial hídrico, al componente o factor dependiente de la gravedad se lo denomina potencial gravitacional. Es decir, que el potencial hídrico está formado por la suma del potencial osmótico y del potencial gravitacional. El potencial osmótico solamente puede tener valores negativos y un valor máximo de cero, mientras que el potencial gravitacional va a tener valores positivos y un valor mínimo de cero.

Potencial Hídrico = Potencial Osmótico + Potencial Gravitacional

Lo que también puede expresarse así:

Ψ = Ψs + Ψg
Donde Ψs representa al potencial osmótico (el sufijo s es por estar causado por solutos), y Ψg al potencial gravitacional.

Cuando comienza la ósmosis, los valores registrados son los siguientes:

  • En la mitad izquierda, Ψs = 0 MPa, Ψg = 0 MPa, por lo tanto Ψ = 0 MPa.
  • En la mitad derecha, Ψs = -3 MPa, Ψg = 0 MPa, por lo tanto Ψ = -3 MPa. Otra forma de representarlo es: Ψ = -3 MPa + 0 MPa = -3 MPa.

Entonces el agua fluirá de la zona de mayor potencial hídrico 0 MPa al de menor potencial hídrico -3 MPa.

A mitad del proceso, los valores registrados son los siguientes:

  • En la mitad derecha, Ψs = -2,5 MPa, Ψg = 1 MPa, por lo tanto Ψ = -1,5 MPa. Otra forma de representarlo es: Ψ = -2,5 MPa + 1 MPa = -1,5 MPa

El agua sigue fluyendo de la zona de mayor potencial hídrico 0 MPa al de menor potencial hídrico -1,5 MPa.

Cuando se detiene la ósmosis, los valores registrados son los siguientes:

  • En la mitad derecha, Ψs = -2 MPa, Ψg = 2 MPa, por lo tanto Ψ = 0 MPa. Otra forma de representarlo es: Ψ = -2 MPa + 2 MPa = 0 MPa

Ya no hay diferencia de potencial hídrico entre las dos mitades del recipiente con forma de U, por lo tanto el agua deja de fluir.

La fuerza ejercida por la gravedad a causa del peso de la columna de agua del lado derecho, también es conocida como presión osmótica. La presión osmótica se define como la fuerza o presión necesaria para detener al flujo de agua causado por la ósmosis. Es decir, cuando se aplica una presión numéricamente igual pero opuesta a la presión ejercida por las moléculas de agua que fluyen de una zona de mayor potencial osmótico a otra de menor potencial osmótico, el movimiento del agua se detiene. La presión osmótica es numéricamente igual al potencial osmótico, pero de valor positivo (ya que el potencial osmótico solamente puede tener valores negativos).
 
Entonces, en este ejemplo, el potencial gravitacional es igual a la presión osmótica. La presión osmótica es numéricamente igual al potencial osmótico pero de signo opuesto, es decir que la presión osmótica siempre tiene valores positivos.

Recién se explicó cómo afecta la gravedad al potencial hídrico de las soluciones durante la ósmosis, pero también hay casos en la naturaleza en los que existe otro factor que se resiste al flujo del agua por ósmosis, dicho factor es la presión ejercida por la membrana semipermeable que rodea a una solución y que es opuesta a la presión ejercida por las moléculas de agua que fluyen desde una solución de mayor potencial osmótico. Este factor se denomina potencial de presión.

A continuación se da un ejemplo en el que se incluye el potencial de presión (primero se muestra la imagen y abajo se da la explicación):

Como afecta el potencial de presion a la osmosis
Cómo afecta el potencial de presión a la ósmosis - Cliquear para ampliar la imagen

1. Se llena un recipiente con agua y se obtienen dos mitades con una misma cantidad de agua, separadas por una membrana semipermeable. En ambas mitades hay agua pura sin solutos, es decir, 100% de concentración de agua, y por lo tanto, potencial osmótico Ψs = 0 MPa. Asimismo, como el agua está distribuida uniformemente por todo el recipiente, la cantidad de agua es exactamente la misma en ambas mitades del recipiente. Al ser el potencial osmótico nulo en las dos mitades, no hay ósmosis y el agua no fluye. Además, ni el recipiente ni la membrana semipermeable ejercen presión sobre el agua, entonces por todas esas razones, el potencial hídrico Ψ también es cero Ψ = 0 MPa. Cabe destacar que cuando el agua no tiene solutos disueltos y es pura, el potencial osmótico es 0 MPa.
 
 
2. Luego se disuelve sal en las dos mitades del recipiente y se forman dos soluciones de agua con sal, separadas por la membrana semipermeable del recipiente.

Entonces, la concentración de agua en la solución izquierda es de 90% y la concentración de sal es de 10%, mientras que en la solución derecha la concentración de agua es de 70% y la concentración de sal es de 30%. La sal reduce al potencial osmótico en la mitad izquierda del recipiente, de un valor de Ψs = 0 MPa a un valor de Ψs = -1 MPa. Esto le da a la solución izquierda un potencial hídrico de Ψ = -1 MPa. Mientras tanto, en la solución derecha la sal reduce al potencial osmótico de un valor de Ψs = 0 MPa a un valor de Ψs = -3 MPa. Esto le da a la solución derecha un potencial hídrico de Ψ = -3 MPa.

Como todavía, antes de empezar la ósmosis, la cantidad de agua es la misma en las dos mitades del recipiente (ambas mitades están llenas de solución de agua con sal), la membrana semipermeable todavía no ejerce presión sobre las soluciones y no afecta aún al movimiento del agua. Solamente lo afectará el potencial osmótico causado por la diferencia de concentración de sal disuelta entra la solución izquierda y la solución derecha.

Dado que -1 es mayor a -3, el agua fluirá de la solución izquierda del recipiente (mayor potencial hídrico, o sea Ψ = -1 MPa) a la solución derecha del recipiente (menor potencial hídrico, o sea Ψ = -3 MPa). Vale recordar que -1 MegaPascales equivalen a -1000 kiloPascales y -1.000.000 de Pascales, mientras que -3 MegaPascales equivalen a -3000 kiloPascales y -3.000.000 de Pascales.

 
 
3. El agua fluye de la solución izquierda a la solución derecha, donde la concentración de agua es menor que del lado izquierdo. Además, como la concentración de sal (el soluto de la solución) es mayor del lado derecho, el potencial osmótico es por ende menor en la solución derecha.

Antes de empezar el flujo de agua por ósmosis, la cantidad de agua era igual de los dos lados. No confundir cantidad de agua con concentración, ya que concentración es la proporción expresada en porcentaje de agua en la solución, es decir qué porcentaje de la solución corresponde al agua y qué porcentaje a la sal. Luego de comenzado el proceso de ósmosis, la cantidad de agua es mayor del lado derecho, este aumento de agua genera la expansión de la membrana semipermeable del lado derecho.

Teóricamente, el agua debería dejar de fluir cuando las concentraciones de agua se igualaran en ambas soluciones. Sin embargo, esto no ocurre y el movimiento del agua se detiene mucho antes, cuando la concentración de agua en la solución izquierda se reduce a 85% y en la solución derecha aumenta a 75%. Lo que detiene al flujo del agua es la presión ejercida por la membrana semipermeable al expandirse a causa del agua adicional que penetra en la solución derecha y que requiere más espacio. Desde que comienza a fluir el agua por ósmosis, también va aumentando una fuerza de sentido contrario al movimiento del agua, una fuerza causada por la expansión de la membrana semipermeable. Cuando la expansión de la membrana semipermeable sea suficientemente grande como para ejercer una presión que se oponga a la presión ejercida por las moléculas de agua que se mueven hacia la solución derecha, el agua se detendrá. Esta fuerza opositora se debe a la oposición ejercida por la membrana semipermeable al expandirse debido al agua que penetra en la solución derecha, y sigue aumentando conforme penetra más agua, hasta llegar a un punto en el que la fuerza opositora ejercida por la membrana semipermeable es numéricamente suficiente como para contrarrestar a la presión causada por las moléculas de agua que entran a la solución derecha.

El sentido de la fuerza ejercida por la membrana semipermeable expandida es contrario, y por lo tanto de signo opuesto (positivo), al del movimiento del agua por ósmosis (signo negativo). Por ende, el agua se detendrá cuando la presión ejercida por la membrana semipermeable expandida sea suficientemente alta como para aumentar al potencial hídrico de la solución derecha hasta igualarlo al potencial hídrico de la solución izquierda. A partir de ese instante, el potencial hídrico de la mitad derecha pasa a ser -1,5 MPa.

Con el potencial hídrico se puede determinar hacia dónde se va a mover el agua a causa de la diferencia de concentración de agua y solutos entre dos medios líquidos (potencial osmótico), así como a causa de la presión ejercida sobre el agua por la membrana semipermeable expandida (potencial de presión).

En la suma que da forma al potencial hídrico, al componente o factor dependiente de la presión ejercida por la membrana semipermeable expandida se lo denomina potencial de presión. Es decir, que el potencial hídrico está formado por la suma del potencial osmótico y del potencial de presión. El potencial osmótico solamente puede tener valores negativos y un valor máximo de cero, mientras que el potencial de presión va a tener valores positivos y un valor mínimo de cero.

Potencial Hídrico = Potencial Osmótico + Potencial de Presión

Lo que también puede expresarse así:

Ψ = Ψs + Ψp
Donde Ψs representa al potencial osmótico (el sufijo s es por estar causado por solutos), y Ψp al potencial de presión.

Cuando comienza la ósmosis, los valores registrados son los siguientes:

  • En la mitad izquierda, Ψs = -1 MPa, Ψp = 0 MPa, por lo tanto Ψ = -1 MPa. Otra forma de representarlo es: Ψ = -1 MPa + 0 MPa = -1 MPa
  • En la mitad derecha, Ψs = -3 MPa, Ψp = 0 MPa, por lo tanto Ψ = -3 MPa. Otra forma de representarlo es: Ψ = -3 MPa + 0 MPa = -3 MPa

Entonces el agua fluirá de la zona de mayor potencial hídrico -1 MPa al de menor potencial hídrico -3 MPa.

A mitad del proceso de ósmosis, los valores registrados son los siguientes:

  • En la mitad derecha, Ψs = -2,7 MPa, Ψp = 0,5 MPa, por lo tanto Ψ = -2,2 MPa. Otra forma de representarlo es: Ψ = -2,7 MPa + 0,5 MPa = -2,2 MPa

El agua sigue fluyendo de la zona de mayor potencial hídrico -1,5 MPa al de menor potencial hídrico -2,2 MPa.

Conforme aumenta la concentración de agua del lado derecho, disminuye la concentración de sal en dicha solución derecha y por ende aumenta su potencial osmótico.

Cuando se detiene la ósmosis, los valores registrados son los siguientes:

  • En la mitad derecha, Ψs = -2,5 MPa, Ψp = 1 MPa, por lo tanto Ψ = -1,5 MPa. Otra forma de representarlo es: Ψ = -2,5 MPa + 1 MPa = -1,5 MPa

Ya no hay diferencia de potencial hídrico entre las dos mitades del recipiente, por lo tanto el agua deja de fluir.

La fuerza ejercida por la membrana semipermeable expandida que se opone a la entrada de agua adicional en la solución derecha, también es conocida como presión osmótica. La presión osmótica se define como la fuerza o presión necesaria para detener al flujo de agua causado por la ósmosis. Es decir, cuando se aplica una presión numéricamente suficiente pero opuesta a la presión ejercida por las moléculas de agua que fluyen de una zona de mayor potencial osmótico a otra de menor potencial osmótico, el movimiento del agua se detiene. La presión osmótica es numéricamente suficiente, pero de valor positivo opuesto al potencial osmóticol como para igualar al potencial hídrico de dos soluciones y detener así al flujo del agua por ósmosis (recordar que el potencial osmótico solamente puede tener valores negativos). 
 
La ósmosis es un fenómeno del que depende la vida (sin ósmosis se podría decir que no existiría la vida), ya que es el mecanismo que utilizan las células para mantener los niveles internos de agua estables. Asimismo, es el mecanismo utilizado por el organismo humano para mantener el volumen de sangre en los vasos sanguíneos estable. También es el mecanismo utilizado por las plantas y árboles para absorber agua a través de las raíces y distribuirla por toda la planta o árbol.

En algunos casos de ósmosis, el potencial hídrico solamente depende del potencial osmótico y del potencial de presión, y en otros casos depende del potencial osmótico y del potencial gravitacional. Esto depende de cada caso que se analiza. Por lo general, en casos en los que se estudian células o vasos sanguíneos, solamente se toman en cuenta el potencial osmótico y el potencial de presión, ya que la gravedad no afecta considerablemente al flujo de agua. Por otro lado, cuando se trata de árboles, el potencial gravitacional es un factor que habrá que tener en cuenta para poder deducir hacia dónde fluirá el agua, es decir, para saber el valor final del potencial hídrico.
  

Análisis a nivel molecular de la ósmosis y de la causa que genera a la diferencia de potencial osmótico

Para entender mejor por qué ocurre el fenómeno de la ósmosis y la razón por la que las moléculas de solvente se mueven de la solución con mayor concentración de solvente a la de menor concentración de solvente (o sea de la solución con mayor potencial osmótico a la solución con menor potencial osmótico), hay que analizar lo que ocurre a nivel molecular. Pero antes, hay que comprender cómo se forman las soluciones a nivel molecular. Para ello, habrá que hacer zoom al nivel molecular de las soluciones líquidas y ver cómo se comportan.

Como se forman las soluciones quimicas
Cómo se forman las soluciones químicas - Cliquear para ampliar imagen

Cuando se disuelven los solutos en un solvente, los solutos se separan en partículas individuales (moléculas o iones). Las partículas de solutos son diferentes para los casos de compuestos iónicos y compuestos covalentes polares.

Cuando se disuelven, las moléculas de solutos iónicos se separan en iones (los iones son partículas constituidas por un átomo o molécula con carga eléctrica positiva o negativa). Los átomos que constituyen a un compuesto iónico tienen una gran diferencia de carga eléctrica entre sí.

Por otro lado, los solutos covalentes polares se separan en moléculas individuales cada una de las cuales tiene extremos tanto positivos como negativos (los compuestos covalentes polares son moléculas cuyos átomos constituyentes no tienen una gran diferencia de carga eléctrica entre sí y provocan que la molécula tenga tanto polos eléctricamente positivos como eléctricamente negativos). Por ejemplo, el agua es un excelente solvente porque las moléculas de agua (H2O) son muy polares, en las que el átomo de Oxígeno (O) es el polo negativo y los dos átomos de Hidrógeno (H2) son los polos positivos.

En el caso de solutos iónicos, al disolverse en agua, las moléculas del soluto se separan en sus iones constituyentes. Esto se debe a que por su gran diferencia de carga eléctrica los iones son atraídos por los polos opuestos de las moléculas de agua. Por ejemplo, la sal de mesa es un compuesto iónico (Cloruro de Sodio NaCl), que al disolverse en agua, sus átomos de Sodio (Na) y Cloro (Cl), es decir los iones, se separan y son rodeados por moléculas de agua.

En el caso de solutos covalentes polares, al no estar compuestas sus moléculas por átomos con gran diferencia de carga eléctrica entre sí, sus átomos no se separan, pero aún así como tienen cierta diferencia de carga eléctrica entre sí, atraen a los polos opuestos de las moléculas de agua que terminan rodeando a las moléculas del soluto. Por ejemplo, el azúcar común de mesa es un compuesto covalente polar, que al disolverse en agua, sus moléculas de glucosa (C6H12O6) no se separan en sus partes constitutivas (es decir los átomos de Carbono C, Hidrógeno H y Oxígeno O), pero como sus átomos generan cierta diferencia de carga eléctrica entre sí (polaridad), las moléculas presentan polos eléctricos y esto hace que queden rodeadas por las moléculas de agua.

La polaridad de los solventes es lo que permite disolver a solutos de compuestos iónicos (como la sal) y a solutos de compuestos covalentes polares (como el azúcar). Porque los polos positivos de las moléculas del solvente atraen eléctricamente a los iones negativos (en casos de solutos iónicos) o a los polos negativos de moléculas covalentes polares (en casos de solutos covalentes polares), mientras que los polos negativos de las moléculas del solvente atraen eléctricamente a los iones positivos (en casos de solutos iónicos) o a los polos positivos de moléculas covalentes polares (en casos de solutos covalentes polares).

Si un solvente no presenta estas polaridades eléctricas, no podrá disolver ni a compuestos iónicos ni a compuestos covalentes polares. Por ejemplo, el benceno (un hidrocarburo) está compuesto por moléculas no polares, es decir, moléculas que no presentan cargas eléctricas y por lo tanto no podrán atraer a moléculas polares de glucosa o a los átomos de Sodio (Na+) y Cloro (Cl-) de gran carga eléctrica que componen a las moléculas iónicas de sal (NaCl). Por eso, la sal de mesa y el azúcar no son solubles en benceno. Los solutos iónicos y los solutos con polaridad eléctrica, solamente pueden disolverse en solventes con polaridad eléctrica. Como las moléculas de agua son eléctricamente polares, el agua es un excelente solvente para la sal, el azúcar, así como otros solutos iónicos y polares.

La sal de mesa (Cloruro de Sodio NaCl) está compuesta por iones de cargas eléctricas opuestas, o sea carga eléctrica positiva para el Sodio (Na) y carga eléctrica negativa para el Cloro (Cl). Como se muestra en la imagen de arriba, al disolverse la sal en agua, se separa en iones de Sodio de carga eléctrica positiva y iones de Cloro de carga eléctrica negativa. Los iones positivos de Sodio atraen al polo negativo de las moléculas de agua (el átomo de Oxígeno  O), mientras que los iones negativos de Cloro atraen a los polos positivos de las moléculas de agua (los átomos de Hidrógeno  H2). Entonces, al disolverse la sal en agua, se separa en iones de Sodio (Na+) y Cloro (Cl-) que atraen a moléculas de agua que los rodean.
 
Asimismo, cuando se disuelve azúcar en agua, las moléculas de glucosa que la componen se dispersan por toda el agua y son rodeadas por las moléculas de agua. Las moléculas de glucosa son covalentes polares y al igual que las moléculas de agua (que también son covalentes polares) tienen polos positivos y polos negativos en cada molécula. Los polos positivos de las moléculas de glucosa atraen al polo negativo de las moléculas de agua, es decir a la parte compuesta por el átomo de Oxígeno (O), mientras que los polos negativos de las moléculas de glucosa atraen a los polos positivos de las moléculas de agua, es decir a la parte compuesta por los átomos de Hidrógeno (H2). De esta manera, al disolverse azúcar en agua, las moléculas de agua (H2O) van rodeando a las moléculas de glucosa (C6H12O6).

 
Ahora que se entiende mejor cómo se forman las soluciones químicas a nivel molecular, se puede analizar 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.

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, hay que hacer un análisis a nivel molecular.

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. Primero se muestra la imagen, y abajo se encuentra la explicación.

Que es lo que causa a la osmosis y al potencial osmotico
Qué es lo que causa a la ósmosis y al potencial osmótico. Análisis a escala molecular - Cliquear para ampliar la imagen

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-).
 
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.

Otra forma de explicarlo es decir que en el medio donde no hay moléculas de soluto, tampoco hay moléculas de agua que rodeen a las de soluto y por lo tanto, existe una mayor cantidad de moléculas de agua con la libertad de atravesar a la membrana semipermeable. Por otro lado, en la solución de la derecha, las moléculas de soluto, al atraer a las moléculas de agua, reducen la actividad de estas últimas y su libertad de atravesar a la membrana semipermeable. Es por ello, que la ósmosis, o movimiento de solvente (agua en este caso) ocurre del medio con mayor concentración de solvente al medio con menor concentración de solvente, es decir, del medio con mayor cantidad de moléculas de solvente con la libertad de atravesar a la membrana semipermeable al medio con menor cantidad de moléculas de solvente con la libertad de atravesar a dicha membrana. 

En la siguiente sección se explicará qué es la presión osmótica y cómo se calcula. También se analizará cómo se calcula el potencial osmótico en la ósmosis.

 
   
Fuentes de información:


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