Osmosi
L'osmosi è il movimento netto del solvente attraverso una membrana molto più permeabile al solvente che al soluto disciolto. La direzione è determinata dal potenziale chimico del solvente, non da una forza misteriosa che «attira l'acqua verso il sale».
Una membrana semipermeabile crea la situazione
Se il soluto non può attraversare la membrana ma il solvente sì, il mescolamento non può avvenire nel modo consueto. Il solvente tende a muoversi verso il lato in cui il suo potenziale chimico è minore. Per soluzioni diluite alla stessa temperatura e pressione, si tratta in genere del lato con maggiore concentrazione di particelle di soluto.
La pressione osmotica bilancia la tendenza al flusso
Per una soluzione ideale diluita: π = iMRT
π è la pressione osmotica, M la concentrazione molare, T la temperatura assoluta e i tiene conto in modo approssimato del numero di particelle disciolte prodotte per unità di formula.
La pressione osmotica è la pressione aggiuntiva che dovrebbe essere applicata sul lato della soluzione per arrestare l'ingresso netto di solvente. Nel limite ideale diluito è una proprietà colligativa.
Esploratore della pressione osmotica
La tonicità è un'applicazione biologica, non un sinonimo
Nelle cellule conta se i soluti possono attraversare la membrana nella scala temporale considerata. Una soluzione può essere isoosmotica ma non isotonica se il suo soluto entra rapidamente nella cellula. La tonicità dipende quindi sia dalla permeabilità della membrana sia dalla concentrazione.
Le soluzioni reali si discostano dalla formula ideale
L'espressione di van ’t Hoff funziona meglio per soluzioni diluite. Gli ioni degli elettroliti interagiscono, le molecole possono associarsi e le membrane sono raramente perfettamente selettive. Per lavori accurati, le attività e i coefficienti osmotici misurati sostituiscono la semplice approssimazione basata sul conteggio delle particelle.
Esempi svolti
1. Pressione osmotica del saccarosio
Soluzione
Per saccarosio 0,20 M a 298 K con i ≈ 1, π ≈ (0,20)(0,08206)(298) = 4,89 atm.
2. Confronto ideale con NaCl
Soluzione
Alla stessa M e T, NaCl ideale con i ≈ 2 dà circa il doppio della pressione osmotica di un non elettrolita, anche se le soluzioni reali si discostano dal modello.
3. Osmosi inversa
Soluzione
Se una soluzione ha π = 25 bar, applicare 30 bar sul lato della soluzione supera π e consente di forzare un flusso netto di solvente opposto alla direzione osmotica spontanea.