DEFINICIÓN


Es un fenómeno natural (difusión pasiva) que ocurre cuando dos soluciones acuosas de diversas concentraciones se ponen en contacto a través de una membrana semipermeable, la cual es una película muy fina que permite el paso preferentemente de las moléculas de agua y la retención de las sales disueltas, coloides, bacterias, etc., hasta lograr que ambas soluciones lleguen a equilibrar sus concentraciones. Pasando el solvente de la región más concentrada a la región menos concentrada.


osmsis.jpg


ÓSMOSIS



external image osmosis.gif





Osmosis
View more PowerPoint from lab_biologia




ALIMENTO

AGENTE DE SEPARACIÓN

PRODUCTO

PRINCIPIO DE SEPARACIÓN

EJEMPLO

solución salina

solución salina mas concentrada, membrana

dos líquidos

tendencia a conseguir

presiones osmoticas uniformes

deshidratación de alimentos



El estudio sistemático de la ósmosis comenzó a mediados del siglo XIX con observaciones en células vegetales; así, cuando las células vegetales son colocadas en una dilución concentrada de azúcar, el protoplasto se contrae separándose de la membrana, si bien cuando las células son tratadas se separan y se colocan en agua pura, los protoplastos vuelven a hincharse; este fenómeno es conocido como plasmólisis.
Archivo muy completo de Ósmosis Inversa y tipos de membranas:


La ósmosis es un tipo específico de difusión, sin "gasto de energía"; este consiste en el paso de agua desde una región de elevada concentración a través de una membrana semi-permeable hacia una de menor concentración de solutos, hasta que las concentraciones se igualen.

external image Semipermeable_membrane.jpg



MEMBRANA SEMIPERMEABLE

Semipermeables: no permiten el paso de solutos verdaderos, pero sí del agua.

Las membranas semipermeables son capas muy finas de materiales que permiten el paso selectivo de sustancias através de este; el radio de los poros es tan pequeños que se produce una separación a nivel molecular entre las especies disueltas y las partículas del disolvente.
Esta membrana permite que ciertas moléculas o iones la atraviesen por difusión. La concentración, la presión y temperatura de las moléculas y de los solutos determinarán qué cantidad de materia podrá pasar a través de la membrana. La permeabilidad de la membrana también dependerá, por supuesto, del tamaño del soluto. Por lo que de ella depende la calidad del filtrado.
La membrana puede ser de diversos materiales como acetato de celulosa, poliamida, etc. Tiene un tiempo de vida, por la presión que se ejerce sobre ella. Las sustancias que pasan a través de ella no deben ser corrosivas para alargar su tiempo de vida.
Si consideramos un sistema constituido de un recipiente dividido en dos compartimentos por una membrana semipermeable, en uno de los compartimentos ponemos agua pura y en el otro una solución salina, se observa que el agua pura tiende atravesar la membrana para pasar a la solución salina.
Al final del fenómeno se podrá ver que los dos compartimiento están al mismo nivel que al principio, pero con la diferencia que el nivel de agua pura será el nivel de la solución salina e inversamente, el fenómeno será como si en el compartimiento de agua pura tuviese una presión y cuyo valor corresponderá a la diferencia del nivel tras el proceso. Esta presión es la presión osmótica.
La siguiente presentación resume las definiciones de Ósmosis y Presión Osmótica:











PRINCIPIOS DE OPERACIÓN

En un equipo de este tipo, una membrana de material polimérico separa dos fluidos con concentraciones diferentes de una determinada sustancia. La membrana impide el flujo hidrodinámico entre los dos fluidos. Sin embargo, es permeable con respecto a la sustancia en cuestión, permitiendo su difusión al fluido con una menor concentración y haciendo posible así la extracción de parte de la sustancia no deseada de la corriente que la contenía inicialmente.

Descripción de la instalación

Como ya se ha dicho, las membranas están fabricadas de material polimérico. Sus espesores son del orden de micras y varían según los casos. Existe una amplia variedad de diseños de unidades de separación por membrana. En concreto, para la separación de gases, tres son los modelos más frecuentemente utilizados:

  • El modelo "hollow-fiber"
  • El modelo "spiral-wound"
  • El modelo de plato y carcasa

Ventajas y aplicaciones

El uso de técnicas de separación por membrana de líquidos o gases resulta muy válido para separar mezclas de compuestos con propiedades físicas y químicas similares, mezclas de isómeros y mezclas que contienen sustancias térmicamente inestables.

Este tipo de procesos es particularmente útil como técnica de separación cuando otras más convencionales no son económicamente recomendables para obtener unas especificaciones de producto determinadas. También suele emplearse complementando a otras técnicas más clásicas. Por ejemplo, una unidad de separación de membrana puede utilizarse para romper una mezcla azeotrópica antes de que ésta sea alimentada a una columna de destilación.

Diagrama de flujo

Esquema de un proceso en el que se utiliza un equipo de separación por membrana para romper una mezcla azeótrópica de dos componentes (comp1, comp2) antes de someterla a un proceso de destilación. Separación por membrana

Destilacion.png

MECANISMO


LEY DE FICK
Establece que la rapidez de difusión por unidad de área de sección transversal en una dirección determinada es proporcional al cambio de la concentración del soluto en esa dirección, es decir, el flujo de soluto que atraviesa la membrana es proporcional al gradiente de concentración y de sentido contrario, y proporcional a una constante difusión D:
Fick.png

La constante de difusión es distinta para cada substancia. D no es la misma si difunde azúcar en agua que si difunde sal en agua. Esta constante también depende de la temperatura a la cual se lleva a cabo la difusión. A mayor temperatura, la difusión suele ser más rápida.

VECTOR GRADIENTE

El gradiente es un vector que indica hacia donde crece algo. La flecha que representa al vector gradiente siempre nace donde lo que tengo es chico y apunta hacia donde lo que tengo es grande. Es decir, ( importante ), la flecha del gradiente apunta siempre de menor a mayor.
En el caso de tener 2 soluciones con distinta concentración, el gradiente de concentración sería una flecha que iría desde donde tengo la menor concentración hasta donde tengo la mayor concentración.

PRESIÓN OSMÓTICA

Es el exceso de presión, con respecto a la que existe en el disolvente puro, que es preciso aplicar a la disolución para evitar que aquél pase a través de una membrana semipermeable perfecta. En esta definición se supone que la célula de pared semipermeable contiene la disolución y está sumergida en el disolvente puro.


presion_osmótica.png
Referencia: http://www2.uah.es/edejesus/resumenes/QG/Tema_9.pdf
















Medida de la presión osmótica
En 1877, el botánico Pferrer midió la presión osmótica de disoluciones azucaradas empleando como membrana semipermeable una vasija porosa, impregnada con un depósito de ferrocianuro cúprico [CU2Fe (CN) 6], que iba conectada a un manómetro para medir la presión.

El método de Pfeffer se ha perfeccionado mucho a través de los años, principalmente por MORSE y FRAZER, en América, y por EARL DE BERKELEY y HARTLEY, en Inglaterra; no obstante, la medida directa de la presión osmótica es todavía difícil de realizar y presenta numerosos inconvenientes. A pesar de esto, la presión osmótica es la propiedad coligativa más adecuada para la determinación del peso molecular de polímeros tales como las proteínas.

Ecuaciones de Van´t Hoff y Morse para la presión osmótica.
En 1886, VAN'T HOFF encontró, a partir de los datos de PFEFFER, una proporcionalidad entre la presión osmótica, la concentración y la temperatura, y sugirió una relación entre dichas variables, similar a la ecuación de un gas ideal, llegando a la conclusión de que había una aparente analogía entre las disoluciones y los gases, y que la presión osmótica en una disolución diluida era igual a la presión que el soluto ejercería si fuese un gas y ocupase el mismo volumen.ת = CRT (Solución sin electrolito)donde:
  • Pi
    Pi
    , es la presión osmótica, en atmosferas (atm).
  • R
    R
    , es la constante universal de los gases (aunque a pesar de su nombre no sólo se aplica a gases, como es el caso). Su valor es de 0,082 atm·L·K-1·mol-1.
  • T
    T
    , es la temperatura absoluta, en kelvin (K).
  • C, es la concentración molar o molaridad de la disolución, medida en mol·L-1.


ת = iCRT (Solución con electrolito)



i = frac {Pi_{exp}}{Pi_{teorico}}
i = frac {Pi_{exp}}{Pi_{teorico}}


  • i ,
    i ,
    : factor de van 't Hoff, es un factor determinado empíricamente

ÓSMOSIS EN PROCESOS BIOLÓGICOS



La célula es un sistema abierto que intercambia materia con su medio, sumergido en un baño que a su vez está constituido por una solución acuosa de iones, albúmina, glicerol, etc. Cuando se trata de un organismo animal, en el interior de sus células se encuentra el citoplasma que es una solución acuosa viscosa cuyos solutos (proteínas solubles, azúcares, aminoácidos y iones) producen efectos osmóticos.
La importancia de la descripción osmótica de la célula radica en que este mecanismo describe el intercambio de solvente de la célula con el baño en que se encuentra sumergido. Además, por la presencia de iones como parte de los solutos, el fenómeno osmótico se ve modificado por el efecto Donnan, que se ha incorporado a la teoría termodinámica de los procesos de transporte, gracias a que tal efecto está representado por potenciales, cuya formulación electrostática modifica el potencial químico, y por lo mismo es capaz de contrarrestar los efectos de presiones y concentraciones.

El efecto osmótico en las células se verifica directamente por el fenómeno llamado "plasmólisis", el cual ocurre cuando una célula viva se introduce en un vaso con agua destilada. A consecuencia de que el líquido celular consta de una solución acuosa a cuyos solutos disueltos se les impide fluir al exterior, producen una tensión de absorción tal, que ocurre un flujo osmótico a través de la membrana celular, y el agua fluye al interior de la célula; ésta se hincha lentamente hasta llegar el momento en que estalla, dispersando su contenido celular en el agua destilada.
En cambio, si una célula viva, en lugar de ser introducida en agua destilada, se introduce en una solución que posee un valor de presión osmótica mayor a la dada por el plasma celular (solución hipotónica), la célula disminuye de tamaño, adquiriendo aspecto de mórula por el paso del solvente intracelular al exterior. Si la solución en la que se coloca la célula no provoca ningún cambio por el flujo osmótico, ya sea interior o exterior a la célula, se le llama solución isotónica.

external image globulos-rojos-osmosis3.jpg


En las plantas, la generación de una presión debida al ingreso de agua por ósmosis, es denominada presión de turgencia, que les confiere un estado de rigidez a las células vegetales, y que permite a su vez la absorción de agua, al ejercer presión contra las membranas celulares. La presión osmótica es responsable de la apertura y cierre de los capullos, y de la apertura de los estomas en el envés de las hojas.
La ósmosis desempeña un papel importante en muchos procesos del cuerpo humano; por ejemplo en la eliminación de moléculas de desecho de la sangre por parte de los riñones; las membranas que intervienen permiten el paso de esas moléculas de soluto pero no de las moléculas grandes, que debe conservar la célula.

external image osmoticpresure.jpg

A continuación se adjunta un video explicativo de la OSMOSIS:














ÓSMOSIS EN LA INDUSTRIA

La ósmosis tiene múltiples aplicaciones en la industria. Como las que se enlistan:
  • La producción de agua de alta calidad

Agua desmineralizada: las membranas de baja presión eliminan la mayor parte de sales en el agua, completando el proceso mediante el intercambio ionico.
Agua ultrapura: en este procesos se eliminan sales y sustancias orgánicas del agua, y se depuran microorganismos consiguiendo como resultado agua ultrapura.



Fig. Equipo para produccion de agua ultrapura, basandose en los principios de Osmosis
Fig. Equipo para produccion de agua ultrapura, basandose en los principios de Osmosis
  • Recuperación de proteínas,
Fig. Equipo utilizado para la recuperacion de proteinas, basado en el principio de Osmosis,
Fig. Equipo utilizado para la recuperacion de proteinas, basado en el principio de Osmosis,
  • Procesado de productos bioquímicos,
  • Recuperación de aceites esenciales,
  • Aumento o eliminación del contenido en alcohol,
  • Adecuación de agua potable,
  • Tratamientos de aguas residuales con fines anticontaminantes,
  • Concentración de lactosueros,
  • Recuperación de sustancias orgánicas e inorgánicas valiosas,
  • Concentración de contaminantes para disminuir costes de operación,
  • Recuperación de agua de proceso,
  • Procesos de galvanoplastia
galvanoplastia_alterado[1].jpg
Proceso de Galvanoplastia
  • Electrodeposición: Es un proceso químico o eletroquímico, para el tratamiento de superficies, depositando una capa metálica (y en ciertos casos no metálica). Se basa en el paso de la corriente eléctrica entre dos metales diferentes (electrodos) que están inmersos en un líquido conductor (electrolito).Se utiliza para proteger al material de la corrosión, mejorar las propiedades de la superficie.
  • Concentración de tintes
external image images?q=tbn:ANd9GcRrVZ9HdI7NYRZe9o8ViApVALn___Ru1fmRoP3EgIfAKYRm9sZC

Ejemplo de la ósmosis inversa en la potabilización del agua.






BIBLIOGRAFÍA: