Temperatura
25 °C para el laboratorio, 37 °C para el cuerpo humano. La fórmula usa kelvin: T = t + 273,15
1. Dos disoluciones separadas por una membrana semipermeable
La membrana deja pasar el agua y no el soluto. Elige qué hay disuelto en cada lado y cuánto: la app calcula la presión osmótica de cada disolución, π = i·M·R·T, y hacia dónde pasa el agua.
Lado A
Soluto
La concentración viene en
0 es agua pura
Lado B
Soluto
La concentración viene en
0 es agua pura
cada punto ≈ 0,05 osmol/L (máximo 40) paso neto de agua
El agua pasa hacia el lado A, que tiene más partículas disueltas. Para frenarla habría que apretar ese lado con Δπ, lo mismo que una columna de agua de 50,54 m (h = Δπ / ρ·g).
π = i·M·R·T con R = 0,08206 atm·L/(mol·K) y T = 298,15 K
Lado A: π = 1 · 0,3000 · 0,08206 · 298,15 = 7,34 atm
Lado B: π = 1 · 0,1000 · 0,08206 · 298,15 = 2,45 atm
2. Una célula en un medio
Ahora la membrana es la de una célula. Según tenga el medio menos, las mismas o más partículas disueltas que su interior, el agua entra, no pasa en neto o sale, y la célula animal y la vegetal no responden igual.
Tipo de célula
El plasma de la sangre ronda 0,29 osmol/L (275-295 mOsm/kg); en las células vegetales varía con la especie y el tejido
Medios de referencia
O el medio que quieras
Soluto
La concentración viene en
Gramos de soluto por 100 mL de disolución. 0 es agua pura
paso neto de agua
Entra y sale la misma cantidad de agua, así que el volumen no cambia. Por eso las disoluciones que se ponen en vena se preparan isotónicas con la sangre.
Se llama isotónico a un medio que no se aleja más de un 5 % de la osmolaridad del interior: dentro de esa banda el agua apenas se mueve.
Casos para clase
12 problemas con solución, siempre los mismos y en el mismo orden. Un profesor puede decir «resuelve los casos 3, 7 y 11» y corregir sin ambigüedad. Del 1 al 8 son de secundaria: hacia dónde pasa el agua, qué le pasa a una célula y cuántas partículas hay por litro; en los de predicción, decide tu respuesta ANTES de comprobarla arriba. Del 9 al 12 se calcula la presión osmótica con π = i·M·R·T: con R = 0,082 atm·L/(mol·K) y T = t + 273, como en clase, la cifra cambia menos de un 0,2 % y también vale.
Caso 1 · El agua busca las partículas
Predicción
Una membrana semipermeable separa dos disoluciones de glucosa (no se disocia): en el lado A hay 0,1 mol/L y en el lado B, 0,4 mol/L. ANTES de comprobarlo en el simulador, predice: ¿hacia dónde pasa el agua en neto?
Paso neto de agua
Aprende sobre la ósmosis
Membranas semipermeables, presión osmótica y tonicidad
La ósmosis es el paso de agua a través de una membrana que deja pasar el agua pero no lo que lleva disuelto. El agua cruza en los dos sentidos, pero lo hace más hacia el lado con más partículas disueltas, así que en neto va de la disolución diluida a la concentrada. La presión que habría que aplicar para frenarla es la presión osmótica, y Jacobus van 't Hoff propuso en 1886 que se calcula como la de un gas: π = i·M·R·T. Por ese trabajo recibió en 1901 el primer Premio Nobel de Química.
Los tres medios, comparados
| Medio | Frente al interior | El agua | Célula animal | Célula vegetal |
|---|---|---|---|---|
| Hipotónico | Menos partículas disueltas | Entra | Se hincha y puede reventar (hemólisis) | Turgente |
| Isotónico | Las mismas | Sin paso neto | Normal | Flácida |
| Hipertónico | Más partículas disueltas | Sale | Se arruga (crenación) | Plasmólisis |
R = 8,314462618 J/(mol·K) es exacta desde la redefinición del Sistema Internacional de 2019; en atm·L/(mol·K) vale 0,0820574, y muchos libros la redondean a 0,082. Las masas molares salen de los pesos atómicos estándar de la IUPAC, redondeados.
Dónde aparece la ósmosis
Estudiante de secundaria o preparatoria
Resuelve el problema en papel y comprueba aquí la osmolaridad, la presión osmótica y el sentido del agua. Si el enunciado da gramos, usa el % masa/volumen.
Docente de biología o química
Proyecta los dos paneles: el primero da el número, el segundo lo traduce a lo que se ve al microscopio en la práctica de la cebolla o del glóbulo rojo.
Curiosidad en la cocina
Por qué la lechuga se lacia con la sal, por qué el pepino suelta agua al salarlo o por qué una fruta en almíbar se arruga: todo es agua saliendo hacia un medio hipertónico.
Preguntas frecuentes
¿Qué es la ósmosis?
Es el paso de agua a través de una membrana semipermeable, que deja pasar el agua y no el soluto, desde la disolución más diluida hacia la más concentrada. El agua se mueve en los dos sentidos, pero pasa más hacia el lado con más partículas disueltas, así que el neto va de menos a más concentración hasta que las dos se igualan o una presión lo frena.
¿Cómo se calcula la presión osmótica?
Con la ecuación de van 't Hoff, π = i·M·R·T: factor de van 't Hoff por molaridad por la constante de los gases (0,082 atm·L/(mol·K)) por la temperatura en kelvin. Una disolución de glucosa 0,1 M a 25 °C tiene π = 0,1 · 0,082 · 298 ≈ 2,45 atm, la presión de una columna de agua de unos 25,3 m.
¿Qué diferencia hay entre un medio hipotónico, isotónico e hipertónico?
Se comparan con el interior de la célula. Un medio hipotónico tiene menos partículas disueltas y el agua entra en la célula; uno isotónico tiene las mismas y el agua no pasa en neto; uno hipertónico tiene más y el agua sale. Por eso la misma disolución puede ser hipotónica para una célula e hipertónica para otra.
¿Qué le pasa a una célula en agua destilada o en agua muy salada?
En agua destilada, que es hipotónica, entra agua: un glóbulo rojo se hincha y puede reventar (hemólisis), mientras que una célula vegetal queda turgente porque la pared celular la frena. En agua muy salada, hipertónica, sale agua: el glóbulo rojo se arruga (crenación) y en la célula vegetal la membrana se despega de la pared (plasmólisis).
¿Por qué el cloruro de sodio cuenta el doble que la glucosa?
Porque la presión osmótica depende del número de partículas disueltas, no de qué sean. La glucosa se disuelve en moléculas enteras (i = 1) y el NaCl se separa en Na⁺ y Cl⁻ (i = 2), así que 0,1 M de NaCl tiene unas 0,2 osmol/L. El CaCl₂ da tres iones (i = 3). En la realidad los iones no se separan del todo y el factor es algo menor: el NaCl a 0,9 % ronda 1,86.
¿Por qué el suero fisiológico es isotónico?
El suero fisiológico es cloruro de sodio al 0,9 %: 9 g por litro, que son 0,154 mol/L y unas 0,308 osmol/L con el factor ideal. Es casi lo mismo que el plasma sanguíneo (entre 275 y 295 mOsm/kg), así que un glóbulo rojo no gana ni pierde agua. Su presión osmótica a 37 °C ronda las 7,8 atm.
¿Qué diferencia hay entre ósmosis y difusión?
En la difusión se mueve el soluto, de donde hay más concentración a donde hay menos, y no hace falta membrana. En la ósmosis se mueve el agua a través de una membrana que el soluto no puede cruzar, y lo hace hacia el lado más concentrado. Las dos son transporte pasivo: no gastan energía de la célula.
¿Qué es la ósmosis inversa?
Es empujar el agua en sentido contrario al natural: si al lado concentrado se le aplica una presión mayor que su presión osmótica, el agua pasa del concentrado al diluido y el soluto se queda atrás. Así funcionan los filtros domésticos de ósmosis inversa y las plantas desaladoras, que necesitan presiones de decenas de atmósferas porque el agua de mar es muy concentrada.
Cómo resolver un problema de ósmosis
Si viene en %, cada 1 % son 10 g por litro: divide entre la masa molar.
i = 1 si el soluto no se disocia (glucosa, sacarosa, urea), 2 para NaCl o KCl y 3 para CaCl₂. Eso da la osmolaridad.
T = t + 273,15. A 25 °C son 298,15 K; a 37 °C, 310,15 K.
Con R = 0,082 atm·L/(mol·K) el resultado sale en atmósferas.
El agua va hacia la mayor. Frente a una célula: menor es hipotónico, igual isotónico y mayor hipertónico.
Consejos
Un gramo de sal tira de mucha más agua que un gramo de azúcar: el NaCl pesa menos por mol y además se separa en dos iones.
Con la temperatura en grados Celsius, a 25 °C la presión osmótica sale unas 12 veces más pequeña de lo que es (25 en vez de 298,15).
Hipotónico e hipertónico son comparaciones. Una disolución puede ser hipertónica para un glóbulo rojo e hipotónica para el agua de mar.
La epidermis de cebolla morada en agua con sal enseña la plasmólisis al microscopio en pocos minutos, y vuelve a su estado al pasarla a agua destilada.
- Decir que el agua va «hacia donde hay más agua»: va al revés, hacia el lado con más soluto, que es el que tiene menos agua libre.
- Olvidar el factor i: 0,1 M de NaCl no tiene la presión osmótica de 0,1 M de glucosa, sino casi el doble.
- Confundir ósmosis y difusión: en la ósmosis se mueve el agua; en la difusión, el soluto.
- Creer que una célula vegetal revienta en agua destilada: la pared celular lo impide; queda turgente.
- Usar la temperatura en grados Celsius: la ecuación de van 't Hoff pide kelvin.