Principal

      Comentar publicación Español
x

Elige tu idioma

EnglishEspañol

Por qué la presión osmótica es una propiedad coligativa

Ver en modo diapositivas

 

Por qué la presión osmótica es una propiedad coligativa

 

Fotos en el album: 24

 

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 la clase 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 con 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 la presión osmótica.

Al ser la presión osmótica una propiedad coligativa, entonces 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, en la imagen de arriba se muestra un ejemplo que representa una amplificación imaginaria 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. Arriba se muestra la imagen del ejemplo y a continuación se brinda la descripción detallada:
 
 
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 ambos 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 sacarosa (azúcar de mesa) en el compartimento derecho del primer recipiente y 5 unidades del compuesto iónico conocido como 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 unidades de sal, dado que al disolverse la sal en agua, sus iones 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 polaridad eléctrica que se ha disuelto en el agua, atrae a 4 moléculas de agua. Por lo tanto, cada molécula de sacarosa 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 Qué ocurre a nivel molecular en las soluciones y cómo se forman.
 
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 sacarosa 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 la misma cantidad 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 la misma cantidad de 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 partículas 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. Esto da como 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 quede equilibrada la cantidad de moléculas de agua libres 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 (hasta que la proporción de moléculas de agua se iguale en ambos compartimentos), 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 de soluto varía según la sustancia disuelta, y la cantidad de moléculas de agua que rodean a una molécula o ion de soluto varía de elemento en elemento. Además, hay otras variables que hacen que los niveles de presión osmótica varíen según la sustancia disuelta, incluso aunque tuviesen concentraciones iguales de soluto.

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 únicamente para concentraciones pequeñas de soluto.

Como en la vida real es difícil medir al número de moléculas o iones disueltos contándolos uno por uno, 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.
 
 
<< Para aprender más sobre la presión osmótica, ir al artículo de Qué es la presión osmótica y cómo se calcula
 
Fuentes de la información:

Sé el primero al que le gusta
Compartir


Sigue a Youbioit