Ósmosis
La ósmosis es la difusión del agua a través de una membrana selectivamente permeable, desde donde el agua está más concentrada hacia donde está menos concentrada.
Definition
La ósmosis es el movimiento del agua a través de una membrana que deja pasar el agua pero bloquea cosas más grandes como la sal o el azúcar, y el agua se mueve hacia el lado que tiene más material disuelto. Es la difusión del agua a través de una membrana selectivamente permeable, desde una solución con menor concentración de soluto (más agua) hacia una con mayor concentración de soluto (menos agua), sin requerir energía; las células en una solución hipotónica ganan agua y se hinchan, las células en una solución hipertónica pierden agua y se encogen, y las células en una solución isotónica mantienen su tamaño. Físicamente es el flujo neto de solvente a favor de su propio gradiente de potencial químico, lo cual equivale a un flujo desde una menor hacia una mayor presión osmótica. La presión osmótica de una solución diluida sigue la relación de van't Hoff $\Pi = iMRT$, donde $i$ es el número de partículas por unidad de fórmula, $M$ es la molaridad, $R$ es la constante de los gases, y $T$ es la temperatura absoluta. El agua cruza la bicapa lentamente por sí sola y rápidamente a través de los canales de acuaporina, y los organismos regulan el volumen celular con bombas de iones, vacuolas contráctiles, paredes celulares o riñones.
Example
Espolvorea sal sobre una rodaja de pepino y en cuestión de minutos aparecen gotas de agua en la superficie, agua que salió de las células del pepino hacia el exterior salado. Un glóbulo rojo en agua pura se hincha y estalla, mientras que en una solución salina al $10$ por ciento se encoge, y la solución salina hospitalaria es $0.9$ por ciento de NaCl porque eso es isotónico con la sangre, así que las células no ganan ni pierden agua. Para $0.15\ \text{M}$ de NaCl (solución salina fisiológica, $i = 2$) a $310\ \text{K}$, $\Pi = 2 \times 0.15 \times 0.08206 \times 310 \approx 7.6\ \text{atm}$, la presión que habría que aplicar para impedir que el agua entrara a un compartimento de agua pura desde el lado salino.
Key Insight
La ósmosis es la razón por la que tus dedos se arrugan en el baño y por la que una planta marchita se reanima después de regarla; el agua siempre se mueve para equilibrar las cosas. El agua se mueve hacia la mayor concentración de soluto, no en sentido contrario, así que piénsalo como el agua diluyendo el lado más salado hasta que ambos lados coincidan. La desalinización por ósmosis inversa aplica una presión mayor que $\Pi$ para forzar la salida del agua del agua de mar en contra de su dirección natural, y como el agua de mar tiene una presión osmótica cercana a $27\ \text{atm}$, ese es el costo mínimo de energía por volumen que cualquier método de desalinización debe pagar.