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Osmosi

Il termine osmosi indica la diffusione del solvente attraverso una membrana semipermeabile dal compartimento a concentrazione minore verso il compartimento a concentrazione maggiore (quindi contro il gradiente di concentrazione).

L'osmosi è un processo spontaneo che tende a diluire la soluzione più concentrata; il flusso netto di solvente può essere contrastato applicando una pressione (pressione osmotica) al compartimento a concentrazione maggiore. Se la pressione applicata supera la pressione osmotica, otteniamo l'osmosi inversa.

Osmosi

Ogni soluzione possiede una pressione osmotica che è direttamente proporzionale alla sua molalità. Quando sui due lati della membrana si trovano soluzioni a diversa concentrazione, la differenza di pressione osmotica muove le molecole di solvente dalla soluzione più diluita (ipotonica) ) verso la soluzione più concentrata (ipertonica), fino a quando le concentrazioni delle due soluzioni diventano identiche (isotoniche) e i due potenziali chimici si equivalgono.

Osmosi inversa è invece il fenomeno che si verifica quando si applica, alla superficie di una membrana semipermeabile che separa due soluzioni di concentrazione diversa, una differenza di pressione contraria alla pressione osmotica e a essa superiore, per cui il flusso del solvente avviene dalla soluzione più diluita a quella più concentrata. L'osmosi inversa è una delle tecnologie usate per rendere potabile l'acqua marina e purificare le acque degli acquedotti dal rubinetto di casa.

Osmosi elettrica

Si parla di osmosi elettrica quando l'osmosi è ottenuta artificialmente utilizzando il passaggio di corrente elettrica, che aumenta il flusso di ioni e quindi la pressione osmotica.

Conservazione degli alimenti

L'osmosi costituisce un importante fattore di protezione degli alimenti contro le alterazioni microbiche. Infatti, in un ambiente ad alta pressione osmotica, è bassa la quantità di acqua biodisponibile e pochi microorganismi sono in grado di crescervi. Spesso l'osmosi interviene anche nella preparazione di questi alimenti.

Alcuni metodi di conservazione dei cibi che sfruttano l'effetto osmotico, sia a livello industriale che in ambito casalingo, sono la salatura, la salamoia.

Anche le marmellate e gli alimenti canditi, per la loro alta concentrazione di zucchero, presentano un'alta pressione osmotica che protegge questi alimenti dalla maggior parte delle degradazioni microbiche.

Negli alimenti essiccati o affumicati, si ottiene un ambiente con un'alta pressione osmotica facendo evaporare l'acqua originariamente presente.

Pressione osmotica

La pressione osmotica è una proprietà colligativa associata alle soluzioni. Quando due soluzioni con lo stesso solvente ma a concentrazioni diverse sono separate da una membrana semipermeabile, le molecole di solvente si spostano dalla soluzione meno concentrata alla soluzione più concentrata in modo da uguagliare (o meglio, rendere vicine) le concentrazioni delle due soluzioni.

Interpretazione fisica

La pressione che occorre applicare alla soluzione affinché il passaggio del solvente non avvenga è detta appunto "pressione osmotica".

Il meccanismo con il quale si manifesta la pressione osmotica può essere interpretato considerando anzitutto che le particelle di un soluto tendono a disperdersi uniformemente nel solvente, anche contro la gravità, così come quelle di un gas tendono a occupare tutto lo spazio a loro disposizione: le particelle di soluto esercitano perciò una pressione analoga alla pressione gassosa.

Se poi si considera un sistema costituito da una soluzione e dal relativo solvente puro separati da una membrana semipermeabile, il numero delle molecole di solvente che nell'unità di tempo attraversano la membrana verso la soluzione è superiore al numero di molecole di solvente che la attraversano in senso opposto, perché nel primo caso le molecole che vengono a contatto con la membrana sono tutte di solvente, nel secondo caso invece si ha una certa percentuale di particelle di soluto, che non passano ma che esercitano comunque con i loro urti sulla membrana una pressione, appunto la pressione osmotica.

Questa non è direttamente misurabile, mentre è misurabile la pressione idrostatica che si determina nella soluzione a causa del maggior numero di molecole di solvente che vi penetrano rispetto a quelle che ne escono.

W.P.F.Pfeffer e Jacobus Henricus van 't Hoff hanno verificato leggi, parallele a quelle dei gas, che esprimono l'andamento della pressione osmotica in funzione della concentrazione e della temperatura; queste leggi si compendiano in una relazione del tutto simile all'equazione di stato dei gas perfetti.

dove π è la pressione osmotica, V è il volume della soluzione, T la temperatura assoluta, n è il numero di moli di soluto, e R è la costante universale dei gas (pari a 0,0821 atm·l/mol·K).

Indipendentemente dalla natura del soluto, soluzioni aventi la stessa concentrazione hanno medesima pressione osmotica e si dicono isotoniche; tra soluzioni a diversa concentrazione si dicono ipertoniche le più concentrate, ipotoniche quelle a più bassa concentrazione.

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