Como a concentração de uma solução afeta a osmose?

Contente

• TL; DR (muito longo; não leu)
• Pressão Osmótica (Hidrostática)
• Relacionando a pressão osmótica à concentração de solutos
• Teste você mesmo

Osmose é um processo que ocorre entre dois recipientes separados por uma barreira semi-permeável. Se a barreira tiver poros grandes o suficiente para permitir que as moléculas de água passem, mas pequenos o suficiente para bloquear as moléculas de um soluto, a água fluirá do lado com menor concentração de soluto para o lado com maior concentração. Esse processo continua até que a concentração de soluto seja igual em ambos os lados ou a mudança de volume que resiste à pressão no lado com a maior concentração exceda a força que impulsiona a água através da barreira. Essa pressão é pressão osmótica ou hidrostática e varia diretamente com a diferença na concentração de soluto entre os dois lados.

TL; DR (muito longo; não leu)

A pressão osmótica que conduz a água através de uma barreira impermeável aumenta com a diferença nas concentrações de soluto em ambos os lados da barreira. Em uma solução com mais de um soluto, some as concentrações de todos os solutos para determinar a concentração total de soluto. A pressão osmótica depende apenas do número de partículas de soluto, não de sua composição.

Pressão Osmótica (Hidrostática)

O processo microscópico real que conduz a osmose é um pouco misterioso, mas os cientistas o descrevem desta maneira: as moléculas de água são um estado de movimento constante e migram livremente por um recipiente irrestrito para equalizar sua concentração. Se você inserir uma barreira no recipiente pelo qual eles podem passar, eles o farão. No entanto, se um lado da barreira contiver uma solução com partículas muito grandes para atravessá-la, as moléculas de água que passam do outro lado terão que compartilhar espaço com elas. O volume do lado do soluto aumenta até que o número de moléculas de água de ambos os lados seja igual.

Aumentar a concentração de soluto reduz o espaço disponível para as moléculas de água, o que reduz seu número. Isso, por sua vez, aumenta a tendência da água fluir para esse lado do outro lado. Para antropomorfizar um pouco, quanto maior a diferença na concentração das moléculas de água, mais elas "desejam" se mover através da barreira para o lado que contém o soluto.

Os cientistas chamam isso de pressão osmótica ou pressão hidrostática, e é uma quantidade mensurável. Coloque uma tampa em um recipiente rígido para impedir que o volume mude e meça a pressão necessária para impedir que a água suba enquanto mede a concentração da solução no lado com mais soluto. Quando nenhuma mudança adicional na concentração ocorre, a pressão que você está exercendo na tampa é a pressão osmótica, assumindo que as concentrações de ambos os lados não tenham sido equalizadas.

Relacionando a pressão osmótica à concentração de solutos

Na maioria das situações reais, como raízes que extraem umidade do solo ou células que trocam fluidos com o meio ambiente, existe uma certa concentração de solutos nos dois lados de uma barreira semi-permeável, como uma raiz ou uma parede celular. A osmose ocorre desde que as concentrações sejam diferentes e a pressão osmótica seja diretamente proporcional à diferença de concentração. Em termos matemáticos:

P = TR (∆C)

onde T é a temperatura em Kelvins, ∆C é a diferença de concentrações e R é a constante ideal de gás.

A pressão osmótica não depende do tamanho das moléculas de soluto ou de sua composição. Depende apenas de quantos existem. Assim, se mais de um soluto estiver presente em uma solução, a pressão osmótica é:

P = TR (C₁ + C₂ + ... C_n)

onde C₁ é a concentração do soluto, e assim por diante.

Teste você mesmo

É fácil ter uma idéia rápida do efeito da concentração na pressão osmótica. Misture uma colher de sopa de sal em um copo de água e coloque uma cenoura. A água fluirá da osmose para a água salgada por osmose, e a cenoura murchará. Agora aumente a concentração de sal para duas ou três colheres de sopa e registre com que rapidez e completamente a cenoura encolhe.

Como a água da cenoura contém sal e outros solutos, o inverso acontecerá se você a mergulhar em água destilada: a cenoura inchará. Adicione uma pequena quantidade de sal e registre quanto menos tempo leva para a cenoura inchar ou se ela incha do mesmo tamanho. Se a cenoura não inchar ou murchar, você conseguiu fazer uma solução com a mesma concentração de sal que a cenoura.