El papel de la ósmosis en los sistemas vivos

Ciertos materiales, incluidas muchas membranas de sistemas biológicos y sustancias sintéticas como el celofán, son semipermeables. Al entrar en contacto con una disolución, estos materiales permiten el paso de algunas moléculas a través de su red de poros diminutos, pero no de otras. Es común que moléculas pequeñas de disolventes como el agua sí puedan pasar, no así moléculas o iones de soluto más grandes.

Consideremos una situación en la que sólo moléculas del disolvente pueden atravesar una membrana. Si tal membrana se coloca entre dos disoluciones con diferente concentración, las moléculas del disolvente se moverán en ambas direcciones a través de la membrana. Sin embargo, la concentración de disolvente es más alta en la disolución que contiene menos soluto, que en la más concentrada, así que la tasa de transferencia de disolvente de la disolución menos concentrada a la más concentrada es mayor que en la dirección opuesta. Por tanto, hay un movimiento neto de moléculas de disolvente de la disolución menos concentrada hacia la más concentrada. En este proceso, llamado ósmosis, el movimiento neto del disolvente siempre es hacia la disolución que tiene la concentración más alta de soluto.

En la figura 13.23(a) ≫ se muestran dos disoluciones separadas por una membrana semipermeable. El disolvente se mueve a través de la membrana de derecha a izquierda, como si las disoluciones quisieran alcanzar concentraciones iguales. En consecuencia, los niveles del líquido en las dos ramas se vuelven desiguales. En algún momento, la diferencia de presión causada por la diferencia en las alturas del líquido en las dos ramas se hace tan grande que deja de haber un flujo neto de disolvente, como se muestra en la figura 13.23(b). Como alternativa, podríamos aplicar presión a la rama izquierda del aparato, como se muestra en la figura 13.24 A, para detener el flujo neto de disolvente. La presión necesaria para evitar la ósmosis es la presión osmótica, p, de la disolución. La presión osmótica obedece una ley cuya forma es similar a la ley del gas ideal: pV = nRT, donde V es el volumen de la disolución, n es el número de moles de soluto, R es la constante del gas ideal y T es la temperatura en la escala Kelvin. A partir de esta ecuación, podemos escribir

donde M es la molaridad de la disolución.

Si dos disoluciones con idéntica presión osmótica se separan con una membrana semipermeable, no habrá ósmosis. Se dice que las dos disoluciones son isotónicas. Si una disolución tiene menor presión osmótica, se describe como hipotónica respecto a la disolución más concentrada. Decimos que la disolución más concentrada es hipertónica respecto a la disolución diluida.

La ósmosis desempeña un papel muy importante en los sistemas vivos. Por ejemplo, las membranas de los glóbulos rojos de la sangre son semipermeables. La colocación de un glóbulo rojo en una disolución que es hipertónica respecto a la disolución intracelular (la que está en el interior de las células) hace que salga agua de la célula, como se muestra en la figura 13.25 \. Esto hace que la célula se arrugue, en un proceso denominado

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