Osmosi e diffusione
L’osmosi è la diffusione dell’acqua, o il movimento naturale dell’acqua da una zona di una soluzione più diluita a una zona di una soluzione più concentrata, spesso attraverso una membrana selettivamente permeabile, nel tentativo di equilibrare le due concentrazioni. Il processo di diffusione avviene a causa del moto browniano o il movimento delle particelle a causa della loro energia cinetica naturale. L’osmosi e la diffusione avvengono naturalmente e si verificano in quasi tutti i sistemi viventi e non viventi in qualche misura. Molti animali e organismi microscopici hanno sviluppato modi speciali di regolare l’osmosi e la diffusione quando hanno bisogno di invertire uno dei due processi. Questo è il motivo per cui molti animali d’acqua dolce non possono sopravvivere in acqua salata e viceversa.
Quando le cellule muovono materiali attraverso le loro membrane plasmatiche per diffusione, si parla di trasporto passivo poiché non è richiesta energia. Tuttavia, se il sistema richiede che le molecole siano spostate contro il flusso di diffusione, deve essere usato il trasporto attivo ed è richiesta energia. Questo è necessario per il cibo digerito così come per molte altre applicazioni. Considera il risultato di essere in grado di diffondere solo la metà del cibo che mangi nel flusso sanguigno se il trasporto attivo non fosse possibile.
È possibile fermare il processo di osmosi applicando una pressione significativa a un lato del sistema per fermare questo movimento attraverso la membrana selettivamente permeabile. Questa è conosciuta come la pressione osmotica ed è calcolata usando la formula π = mKosm, dove π è la pressione osmotica, m è la molalità e Kosm è una costante. La costante Kosm dipende dalla temperatura, quindi è necessario sostituire le variabili della legge dei gas ideali per ricavare l’equazione π = MRT, dove M è la molarità, R è la costante dei gas ideali e T è la temperatura in Kelvin.
Il processo di osmosi inversa è il processo di purificazione dell’acqua salata superando la pressione osmotica dell’acqua forzando le molecole in un tubo che contiene solo acqua purificata. Questo è possibile perché la membrana è scelta in modo che solo le piccole molecole d’acqua possono essere spremute attraverso la membrana e gli ioni disciolti più grandi non possono. Questo processo può anche essere realizzato distillando l’acqua riscaldandola al punto di ebollizione e condensando il vapore acqueo in un contenitore separato. Poiché gli ioni non vaporizzano con l’acqua, rimangono nel serbatoio originale per essere rimossi in seguito.
Quanta pressione sarebbe necessaria per purificare un 2L di acqua salata che ha 292,5g di cloruro di sodio disciolto in essa se la temperatura del contenitore è 25˚C?