Osmose: O que puxa a água de alta concentração para baixa concentração através da membrana?
Abstract
Embora existam muitas teorias, ainda não há uma visão clara da razão pela qual ocorre a osmose? Três dessas explicações foram revistas neste artigo de difusão devido a uma suposta explicação do gradiente de concentração de água ligado à água e à explicação das partículas de Van’t Hoff. Nenhum dos mecanismos parece contribuir como tal para que a osmose ocorra.
Geral
Osmose é um movimento selectivo de solvente de uma solução através de uma membrana semipermeável que separa duas soluções de concentrações diferentes. O solvente move-se de uma região de maior concentração para uma região de menor concentração. Também se pode reafirmar que a osmose envolve um movimento de água através de uma membrana semipermeável separando duas soluções de concentrações diferentes de uma região de menor concentração de soluto para uma região de maior concentração de soluto.
Pressão osmótica é a pressão externa a ser aplicada para parar o fluxo de água através da membrana.
Semipermeável membrana não permite que o soluto passe através da membrana.
A questão óbvia que se coloca é como o solvente separado por uma membrana permeável ao solvente se desloca através da membrana de uma região de menor pressão osmótica para uma maior pressão osmótica ultrapassando a pressão hidrostática. Um movimento do solvente de maior concentração para menor concentração implica que a água passa de menor pressão osmótica para maior pressão osmótica.
Por exemplo, no diagrama abaixo, os dois braços do tubo U são separados por uma membrana semipermeável com braço do lado direito contendo solução com menor concentração de soluto do que no braço do lado esquerdo. Inicialmente, o nível é o mesmo em ambos os braços do tubo U. Quando a osmose começa, empurra o solvente do braço direito para o esquerdo e empurra a solução para cima mesmo que a membrana seja permeável ao solvente até que a pressão osmótica no braço direito seja igual à pressão hidrostática exercida pelo braço esquerdo.
Questões:
O que conduz o solvente para o braço esquerdo quando existe uma membrana permeável ao solvente entre dois braços do tubo U?
A pressão osmótica e a pressão hidrostática são aditivas? Ou, é simplesmente um efeito de densidade no braço direito do tubo U. Quando a osmose começa, a concentração de soluto no braço direito concentra-se, a sua densidade aumenta e simultaneamente a pressão no braço direito aumenta, o que empurra o solvente para o braço esquerdo.
Embora existam muitas teorias, ainda não há uma visão clara da razão pela qual a osmose ocorre?
Seguindo algumas das teorias.
Concentração de água
Muita explicação simples para a osmose é a concentração da explicação da água – a água em água pura é simplesmente mais concentrada do que a água em soluções porque o soluto tem de ocupar algum espaço na solução. A diluição da água por soluto resulta numa menor concentração de água no lado de maior concentração de soluto da membrana e, portanto, ocorre uma difusão de água ao longo do gradiente de concentração alto a baixo. . Se isto for verdade, então a concentração de água deve ser capaz de prever a direcção da osmose quando são utilizados diferentes solutos. Por exemplo, a solução de sacarose 0,2 molal tem uma concentração de água de 937 g/L e uma solução de NaCl 0,2 molal tem uma concentração de água muito mais elevada – 989 g/L. A solução de sacarose deveria ganhar água da solução de NaCl se as duas fossem separadas por uma membrana semipermeável. O número de moléculas de NaCl e sacarose não deve importar apenas a concentração de água deve importar.
Mas o facto é que as concentrações molares típicas de sacarose com uma concentração de água inferior às mesmas concentrações de NaCl, porque a sacarose é uma molécula muito maior do que o NaCl desloca mais água. Por conseguinte, o gradiente de concentração da água não parece ser importante.
Por isso, esta explicação é insustentável.
Explicação sobre a água encadernada
Isto diz que qualquer soluto hidrófilo (como a sacarose ou NaCl) irá ligar a água hidratante e impedi-la de se mover livremente. Portanto, o lado de uma membrana semipermeável com água pura tem uma maior concentração de água “livre” do que o lado com as moléculas do soluto.
Se a explicação da água ligada fosse verdadeira, esperaríamos que uma maior massa de soluto hidrófilo ligasse mais água. Além disso, ao prever a osmose, teríamos de considerar cuidadosamente como o soluto é hidrófilo (ou seja, quantas moléculas de água se ligam por molécula).
A posição real é que o número de moléculas de soluto presentes tem um efeito dominante na osmose, e não a hidrofilicidade do soluto.
P>P>Esta explicação está excluída.
Número de partículas explicativas
Esta explicação é baseada na Lei de Van’t Hoff. De acordo com esta lei para uma solução diluída a temperatura constante, o potencial osmótico é proporcional à concentração de partículas de soluto. O tamanho ou a natureza das partículas de soluto não importa. Assim, por exemplo, um pequeno íon de sódio teria o mesmo efeito osmótico que uma grande molécula de sacarose, e ambas seriam equivalentes a uma molécula de amido muito grande. Isto também significa que substâncias ionizantes como NaCl deveriam ter um efeito osmótico maior do que substâncias não ionizantes como a sacarose, porque quando ionizam, geram mais partículas. A Lei de Van’t Hoff explica melhor a osmose do que as duas explicações anteriores, mas o facto é que a Lei de Van’t Hoff é uma relação empírica, não uma descrição física do porquê da ocorrência da osmose.
A expressão mais conhecida para pressão osmótica é inferior a Π = iMRT onde Π é a pressão osmótica em atm i = factor Van ‘t Hoff do soluto M = concentração molar em mol/L R = constante universal de gás = 0,08206 L-atm/mol-K T = temperatura absoluta em K A pressão osmótica depende da concentração molar do factor Van’t Hoff do soluto. O factor Van’t Hoff, expressa o grau de associação ou dissociação dos solutos em solução. É o número de partículas que um soluto dissocia na água. Exemplo: para a sacarose é 1 e para NaCl é 2
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