Osmose et diffusion
L’osmose est la diffusion de l’eau, ou le mouvement naturel de l’eau d’une zone de solution plus diluée vers une zone de solution plus concentrée, souvent à travers une membrane à perméabilité sélective, dans le but d’équilibrer les deux concentrations. Le processus de diffusion a lieu en raison du mouvement brownien ou du mouvement des particules dû à leur énergie cinétique naturelle. L’osmose et la diffusion sont naturelles et se produisent dans presque tous les systèmes vivants et non vivants à un certain degré. De nombreux animaux et organismes microscopiques ont développé des moyens spéciaux pour réguler l’osmose et la diffusion lorsqu’ils doivent inverser l’un ou l’autre processus. C’est pourquoi de nombreux animaux d’eau douce ne peuvent pas survivre dans l’eau salée et vice versa.
Lorsque les cellules déplacent des matériaux à travers leurs membranes plasmiques par diffusion, on parle de transport passif car aucune énergie n’est requise. Cependant, si le système exige que les molécules soient déplacées à contre-courant de la diffusion, le transport actif doit être utilisé et de l’énergie est nécessaire. Cela est nécessaire pour la digestion des aliments ainsi que pour de nombreuses autres applications. Considérez le résultat de ne pouvoir diffuser que la moitié des aliments que vous mangez dans le flux sanguin si le transport actif n’était pas possible.
Il est possible d’arrêter le processus d’osmose en appliquant une pression importante d’un côté du système pour arrêter ce mouvement à travers la membrane sélectivement perméable. Cette pression est connue sous le nom de pression osmotique et est calculée à l’aide de la formule π = mKosm, où π est la pression osmotique, m est la molalité et Kosm est une constante. La constante Kosm dépend de la température, il est donc nécessaire de substituer des variables de la loi des gaz idéaux pour dériver l’équation π = MRT, où M est la molarité, R est la constante des gaz idéaux et T est la température en Kelvin.
Le processus d’osmose inverse est le processus de purification de l’eau salée en surmontant la pression osmotique de l’eau en forçant les molécules dans un tube qui ne contiendra que de l’eau purifiée. Cela est possible car la membrane est choisie de manière à ce que seules les petites molécules d’eau puissent être pressées à travers la membrane et que les ions dissous, plus gros, ne le puissent pas. Ce processus peut également être réalisé en distillant l’eau en la chauffant jusqu’au point d’ébullition et en condensant la vapeur d’eau dans un récipient séparé. Comme les ions ne se vaporisent pas avec l’eau, ils restent dans le réservoir d’origine pour être retirés plus tard.
Combien de pression serait nécessaire pour purifier une eau salée de 2L qui contient 292,5g de chlorure de sodium dissous si la température du récipient est de 25˚C ?