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Presión Osmótica
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La presencia de iones en un soluto también afecta la presión que el sistema ejerce llevando a una reducción de esta. El fenómeno se describe con la llamada presión osmótica que se considera como una presión negativa, es decir una presión que reduce la presión del sistema.
ID:(568, 0)
Situación con membrana y solución
Ecuación
Si consideramos una solución con una presión separada del solvente con puro por una membrana semipermeable los potenciales químicos deben ser iguales. Si suponemos que la temperatura es igual a ambos lados de la membrana se tendrá que con
| $ g_0(p,T) = g_0(p',T) -\displaystyle\frac{ N_s }{ N } k_B T $ |
donde
ID:(4064, 0)
Presión osmótica
Ecuación
Cuando se tiene una membrana que separa solvente puro de solvente con soluto se presentara una presión negativa que debe ser igual\\n\\n
$\Psi=p-p'$
\\n\\ny que denominaremos presión osmótica. Para obtener una expresión para la presión osmótica basta expandir la función molar de Gibbs en $\Psi$:\\n\\n
$g_0(p'+\Psi,T)\sim g_0(p',T)+\left(\displaystyle\frac{\partial g_0}{\partial p}\right)_T\Psi$
lo que en la ecuación con constante de Boltzmann $J/K$, energía libre molar de Gibbs solvente con presencia del soluto $J$, energía libre molar de Gibbs solvente sin soluto $J$, numero de partículas de soluto $-$, numero de partículas del solvente $-$ y temperatura $K$
| $ g_0(p,T) = g_0(p',T) -\displaystyle\frac{ N_s }{ N } k_B T $ |
nos deja con constante de Boltzmann $J/K$, energía libre molar de Gibbs solvente con presencia del soluto $J$, energía libre molar de Gibbs solvente sin soluto $J$, numero de partículas de soluto $-$, numero de partículas del solvente $-$ y temperatura $K$
| $ \Psi =-\displaystyle\frac{ N_s }{ N }\displaystyle\frac{ k_B T }{\left(\displaystyle\displaystyle\frac{\partial g_0 }{\partial p }\right)_T}$ |
ID:(4154, 0)
Derivada de la energía de Gibbs en el volumen
Ecuación
La deriva de la energía libre de Gibbs respecto de la presión es igual al volumen\\n\\n
$V=\displaystyle\frac{\partial G}{\partial p}$
por lo que la derivada de la energía libre de Gibbs por partícula es
| $\displaystyle\frac{\partial g_0 }{\partial p }=\displaystyle\frac{ V }{ N }$ |
ID:(9045, 0)
Comportamiento del soluto como gas ideal
Ecuación
Con la presión osmótica es con constante de Boltzmann $J/K$, energía libre molar de Gibbs $J$, numero de partículas de soluto $-$, numero de partículas del solvente $-$, presión $Pa$, presión de las partículas del soluto $Pa$ y temperatura $K$ es igual a
| $ \Psi =-\displaystyle\frac{ N_s }{ N }\displaystyle\frac{ k_B T }{\left(\displaystyle\displaystyle\frac{\partial g_0 }{\partial p }\right)_T}$ |
La deriva de la función molar de Gibbs se puede reemplazar por el volumen molar con energía libre molar de Gibbs $J$, numero de Avogadro $-$, presión $Pa$ y volumen molar $m^3/mol$ mediante
| $\displaystyle\frac{\partial g_0 }{\partial p }=\displaystyle\frac{ V }{ N }$ |
\\n\\ncon lo que la presión osmótica es\\n\\n
$ \Psi =-\displaystyle\frac{ N_s }{ V } k_B T $
Si recordamos que la constante de los gases es con
| $ R = N_A k_B $ |
se tiene que con
| $ \Psi =\displaystyle\frac{ n_s }{ V } R T $ |
\\n\\ncon
$n_s=\displaystyle\frac{N_s}{N_A}$
Esta ecuación tiene la forma de una ecuación de los gases ideales o sea las moléculas de soluto en suspensión se comportan como un gas ideal.
ID:(4155, 0)
Presión osmótica y tubo U
Imagen
Cuando se coloca una membrana semipermeable en el fondo de un tubo en forma de U y se agrega agua, se puede observar que al agregar material disuelto, la columna con el soluto se eleva:
Esto se debe a la presión negativa generada por la presión osmótica.
ID:(2024, 0)