La ósmosis o osmosis (d'el griegu ὠσμός ōsmós 'aición d'emburriar', 'impulsu' y -sis) ye un fenómenu físicu rellacionáu col movimientu d'un disolvente al traviés d'una membrana semipermeable. Tal comportamientu supón una espardimientu simple al traviés de la membrana, ensin gastu d'enerxía. La ósmosis de l'agua ye un fenómenu biolóxicu importante pal metabolismu celular de los seres vivos.
Mecanismu
Denominar membrana semipermeable a aquella estructura que contién poros o furacos, al igual que cualquier filtru, de tamañu molecular. El tamañu de los poros ye tan minúsculu que dexa pasar les molécules pequeñes pero non les grandes, de normal del tamañu de micrómetros. Por casu, dexa pasar les molécules d'agua, que son pequeñes, pero non les d'azucre, que son más grandes. Si una membrana como la descrita dixebra un líquidu en dos particiones, una d'agua puro y otra d'agua con azucre, asoceden delles coses, esplicaes a fines del sieglu XIX por Jacobus Henricus van 't Hoff y Gibbs emplegando conceutos de potencial electroquímicu y espardimientu simple, entendiendo qu'esti últimu fenómenu implica non yá el movimientu al azar de les partícules hasta llograr la homoxénea distribución de les mesmes y esto asocede cuando les partícules que vienen fornir coles que aleatoriamente van, sinón l'equilibriu de los potenciales químicos de dambes particiones. Los potenciales químicos de los componentes d'una solución son menores que la suma del potencial de dichos componentes cuando nun tán amestaos na solución. Esti desequilibriu, que ta en rellación direuta cola osmolaridad de la solución, xenera un fluxu de partícules solventes escontra la zona de menor potencial que s'espresa como presión osmótica mensurable en términos de presión atmosférica, por casu: "esiste una presión osmótica de 50 atmósferes ente agua desalinizada y agua de mar". El solvente va fluyir escontra'l soluto hasta permediar dichu potencial o hasta que la presión hidrostática permedie la presión osmótica.«Hestoria del descubrimientu de la Ósmosis.»
El resultáu final ye que, anque l'agua pasa de la zona de baxa concentración a la d'alta concentración y viceversa, hai un fluxu neto mayor de molécules d'agua que pasen dende la zona de baxa concentración a la d'alta.
Dichu otra manera: dadu abondu tiempu, parte de l'agua de la zona ensin azucre pasaría a la d'agua con azucre. L'agua pasa de la zona de baxa concentración a la d'alta concentración.
Les molécules d'agua traviesen la membrana semipermeable dende la disolución de menor concentración, disolución hipotónica, a la de mayor concentración, disolución hipertónica. Cuando'l tresvase d'agua iguala los dos concentraciones, les disoluciones reciben el nome de isotónicas.
Nos seres vivos, esti movimientu de l'agua al traviés de la membrana celular puede producir que delles célules engurriar por una perda escesiva d'agua, o bien que s'enchan, posiblemente hasta españar, por un aumentu tamién escesivu nel conteníu celular d'agua. Pa evitar estos dos situaciones, de consecuencies desastroses pa les célules, estes tienen mecanismos pa espulsar l'agua o los iones por aciu un tresporte que requier gastu d'enerxía. La presencia de sales minerales eslleíes na agua condicionen el movimientu de les moleculas d'agua atraves de la membrana plasmatica pa igualar les concentraciones
Fundamentu físicu
Ye un sistema binariu reaccionante, en que los componentes nun acarreten carga llétrica y esiste una temperatura uniforme ya igual pa dos reservorios, tiense que la producción d'entropía ye la combinación llinial de productos ente fluxos y fuercies del sistema:S.R. de Groor & P.Mazur. Non-equilibrium thermodynamics, 1962. Dover publications. pg. 435.
onde los fluxos son a cencielles el fluxu d'espardimientu relativu del compuestu 1 y el fluxu relativo de velocidaes de los componentes:
Les fuercies termodinámiques son diferencies ente magnitúes intensives ente los dos reservorios: potencial químicu y presión
Les lleis fenomenológicas son:
De lo que se deduz, pa una situación estacionaria () qu'una diferencia de concentraciones nos depósitos provoca una diferencia de presiones y viceversa. Son los fenómenos d'ósmosis y ósmosis inversa, daos pola rellación:
A la diferencia de presiones que provoca una determinada diferencia de concentración denominar presión osmótica.
Ósmosis nuna célula animal Les membranes de les célules son semipermeables, poro, nun mediu isotónico, el pasu de l'agua nos dos sentíos permédiase. Si la célula atopar nun mediu hipotónico va tender a absorber agua enchiéndose, pudiendo llegar al estremu d'españar, dando orixe a la citólisis.
Otra manera, si la célula atopar nun mediu hipertónico, l'agua interior va tender a salir, llevando a la deshidratación, pudiendo en casos estremos llegar a la muerte de la célula, procesu denomináu de crenación.Movimientos internos nos seres vivos. - presión osmótica.
Ósmosis nuna célula vexetal Les membranes de les célules vexetales son tamién semipermeables, y nesti casu tamién nun mediu isotónico, el pasu de l'agua nos dos sentíos permédiense. En presencia d'un mediu hipotónico la célula absuerbe agua enllenando les sos vacúolos, dando orixe a una situación denomada turgencencia. Per otru llau, nun mediu hipertónico, l'agua sale de la célula al traviés de la membrana, pudiendo llegase a que la membrana plasmática se despegue de la célula, provocando lo que se llama la plasmólisis.
Ósmosis inversa
thumb|330px|Ósmosis inversa Lo descrito hasta agora asocede en situaciones normales, en que los dos llaos de la membrana tean a la mesma presión; si aumenta la presión del llau de mayor concentración, puede llograse que l'agua pase dende'l llau d'alta concentración al de baxa concentración de sales.
Puede dicise que se ta faciendo lo contrario de la ósmosis, por eso llámase ósmosis inversa. Téngase en cuenta que na ósmosis inversa al traviés de la membrana semipermeable namái pasa agua. Esto ye, l'agua de la zona d'alta concentración pasa a la de baxa concentración.
Si l'alta concentración ye de sal, por casu agua marino, al aplicar presión, l'agua del mar pasa al otru llau de la membrana. Namái l'agua, non el sal. Esto ye, l'agua haise desalinizado por ósmosis inversa, y puede aportar a potable.
Aplicaciones
La mayoría de les aplicacionesÁlvarez, Alberto, Ósmosis inversa. Fundamentos, teunoloxía y aplicaciones, Aravaca, Antonio García Brage, 1999. de la ósmosis vienen de la capacidá de dixebrar solutos en disolución de forma activa por aciu ósmosis inversa utilizando membranes semipermeables.
Desalinización
Por aciu esti procedimientu ye posible llograr agua desalinizada (menos de 5.000 microsiemens/cm de conductividá llétrica) partiendo d'una fonte d'agua salobre, agua de mar, qu'en condiciones normales puede tener ente 20 000 y 55 000 microsiemens/cm de conductividá.
La midida de la conductividá de l'agua da una indicación de la cantidá de sales disueltos que contién, yá que l'agua puro nun ye un bon conductor de la electricidá (el so potencial de disociación ye menor de 0.00001).
La ósmosis inversa o reversa convirtióse anguaño nún de los sistemes más eficientes pa desalinizar y potabilizar l'agua, siendo usada en barcos, aviones, industries, hospitales y cases.
Por aciu ósmosis inversa consíguese que l'agua bruto que llega a la desaladora conviértase per un sitiu nun 40 % d'agua producto y un 55-60 % d'agua salobre.
La clave ta na constitución del faxu de membranes qu'entrepolen red-canales de circulación ente capa y capa y finalmente converxen nel centru del sistema. Como hai un fluxu d'entrada y dos fluxos de salida, al unu conózse-y como refugu salín y al otru como fluxu de permeado y los sos valores van depender de la presión d'entrada impuesta al sistema. Polo xeneral ye facederu atopar membranes iguaes con poliamida o acetato de celulosa (esti postreru material ta en desapaición) con un refugu salín d'ente 96.5-99.8 %. Esisten membranes especializaes pa cada tipu d'agua, dende agua de mar hasta agües salobres.
Los equipos d'ósmosis inversa industriales monten dellos trenes o carros de membranes interconeutaes ente sigo, una bomba d'alta presión, mididores de TDS, pH y caudalímetros de columna. Esisten equipos que s'alluguen en grandes sales por cuenta del so enorme tamañu.
Pal óptimo funcionamientu d'estos sistemes, ríquese caltener un anti-incrustante contra xil (xil gelificada neutra) que obtura el sistema, amás d'un biocida pa caltener llibre de biomases les capes del sistema.
La ósmosis inversa tien delles restricciones, hai ciertes especies químiques que'l sistema nun ye capaz de retener, estos son el arsenito (As+3), la xil neutra (yá mentada) y el boru. Pa retener estes especies hai que realizar un cambéu del estáu químicu de la especie, yá sía vía oxidación, co-precipitación o cambeos de pH del mediu. Por casu el arsenito (As+3) esperimenta un refugu de menos de 25 %, el arsenato (As+5) ye capaz de ser retenida nun 95-98 %.
Les incrustaciones nes membranes son un factor non despreciable na eficiencia del equipu, esto asocede cuando pretende forzase el caudal de permeado, asocediendo frentes de saturación na superficie de la membrana. Otres sustancies son incrustantes, tales como la mentada xil, biomases de microorganismos. Una vegada encuallada la membrana, solo ye posible revertir la situación desmontando la unidá y tratándola con amiestos d'ácidos fuertes y sometiéndoles a rodapiellu.
Un desenvolvimientu teunolóxicu recién especialmente relevante ye'l de la ósmosis inversa pa desalinización basada en enerxía solar fotovoltaica, emplegando namái y puramente una pequeña batería por que tou funcione correutamente.
Amenorgamientu de la durez
Les agües dures contienen iones de calciu y magnesiu que pueden bastiar combinaos con iones como carbonatos, sulfatos o hidróxidos estos precipitaos van atropándose (apexando) nes tuberíes de distribución, calentadores, etc. Cola ósmosis inversa amenórguense estos precipitaos. Nel casu d'equipos industriales bien costosos ye bien recomendable un tratamientu adicional d'intercambiu d'iones de calciu por iones de sodiu por aciu cadenes descalcificadoras con resines.
Descontaminación y tratamientu de efluentes
Pa la eliminación de contaminantes en disolución principalmente empuestu al aforru d'agua. Si tiense agua con contaminante "X" que les sos molécules tienen un tamañu de "Y" micres, siendo "Y" mayor que'l tamañu de la molécula d'agua. Si búscase una membrana semipermeable que dexe pasar molécules de tamañu de les de l'agua pero non de "Y", al aplicar presión (ósmosis inversa) va llograse agua ensin contaminante.
L'usu de la ósmosis inversa nel tratamientu de efluentes escuerre dalgunu de los trés oxetivos siguientes:Revista del Colexu d'Inxenieros de Caminos, Canales y Puertos. La Xestión de l'agua. Volume II. Nᵘ51. Añu 2000. Los usos industriales. L'agua, factor limitativo. Joan Compte Mariña Concentrar la contaminación nun amenorgáu volume. Recuperar productos d'altu valor económicu. Recircular l'agua. La ósmosis inversa nun destrúi la contaminación sinón que, como muncho, dexa concentrala nun pequeñu volume.
Amenorgamientu del conteníu de nitratos
Les agües soterrañes suelen incorporar altes concentraciones de nitratos, superiores a les almitíes pola reglamentación téunicu-sanitaria. Les membranes d'ósmosis inversa con un altu porcentaxe de refuga del ión nitrito dexen llograr agua con un baxu conteníu en dichos iones.
Concentración de nitritos y nitratos
Los efluentes procedentes de la llimpieza de depósitos contenedores de tetróxidos de nitróxenu (N2O4) tán contaminaos con iones nitrito (NO2-) y nitratu (NO3-). Los efluentes son neutralizaos primero con sosa cáustica dempués de lo que son unviaos a un primer pasu d'una ósmosis inversa que trabaya con una recuperación del 95%.