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Presión osmótica

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La presión osmótica se genera en una solución cuando existe una membrana semipermeable. Esta membrana permite el paso del solvente, pero impide que el soluto la atraviese, lo que provoca un efecto de desequilibrio de presión. Como resultado, se produce una disminución de presión en el lado del solvente puro. Esta reducción impulsa el movimiento del solvente a través de la membrana hacia el lado que contiene el soluto.

El proceso continúa hasta que la presión en el lado con soluto aumenta lo suficiente para equilibrar la disminución inicial de presión, o hasta que la dilución del soluto reduce el desequilibrio de presión, alcanzando un estado de equilibrio osmótico.

>Modelo

ID:(660, 0)



Mecanismos

Iframe

>Top



Código
Concepto

Mecanismos

ID:(15287, 0)



Presión osmótica y tubo U

Imagen

>Top


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)



Modelo

Top

>Top



Parámetros

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
g
g
Aceleración gravitacional
m/s^2
R
R
Constante universal de los gases
J/mol K
\rho_w
rho_w
Densidad del líquido
kg/m^3
\Delta p
Dp
Diferencial de la presión
Pa
M
M
Masa
kg
M_m
M_m
Masa molar
kg/mol
N_A
N_A
Número de Avogadro
-
N_s
N_s
Número de iones
-
n
n
Número de moles
mol
p_0
p_0
Presión atmosférica
Pa
\Psi
Psi
Presión osmótica
Pa

Variables

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
\Delta h
Dh
Altura de la columna del liquido
m
h_1
h_1
Altura o profundidad 1
m
h_2
h_2
Altura o profundidad 2
m
p_1
p_1
Presión en la columna 1
Pa
p_2
p_2
Presión en la columna 2
Pa
T
T
Temperatura absoluta
K
V
V
Volumen
m^3

Cálculos


Primero, seleccione la ecuación: a , luego, seleccione la variable: a
Dh = h_2 - h_1 Dp = p_2 - p_1 Dp = rho_w * g * Dh n = M / M_m n = N_s / N_A Psi = N_s * R * T / V p_1 = p_2 - Psi p_1 = p_0 + rho_w * g * h_1 p_2 = p_0 + rho_w * g * h_2 gDhh_1h_2Rrho_wDpMM_mN_AN_snp_0p_1p_2PsiTV

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Variable Dado Calcule Objetivo : Ecuación A utilizar
Dh = h_2 - h_1 Dp = p_2 - p_1 Dp = rho_w * g * Dh n = M / M_m n = N_s / N_A Psi = N_s * R * T / V p_1 = p_2 - Psi p_1 = p_0 + rho_w * g * h_1 p_2 = p_0 + rho_w * g * h_2 gDhh_1h_2Rrho_wDpMM_mN_AN_snp_0p_1p_2PsiTV




Ecuaciones

#
Ecuación

\Delta h = h_2 - h_1

Dh = h_2 - h_1


\Delta p = p_2 - p_1

Dp = p_2 - p_1


\Delta p = \rho_w g \Delta h

Dp = rho_w * g * Dh


n = \displaystyle\frac{ M }{ M_m }

n = M / M_m


n \equiv\displaystyle\frac{ N_s }{ N_A }

n = N / N_A


\Psi =\displaystyle\frac{ N_s }{ V } R T

Psi = N_s * R * T / V


p_1 = p_2 - \Psi

p_1 = p_2 - Psi


p_1 = p_0 + \rho_w g h_1

p_t = p_0 + rho_w * g * h


p_2 = p_0 + \rho_w g h_2

p_t = p_0 + rho_w * g * h

ID:(15634, 0)



Comportamiento del soluto como gas ideal

Ecuación

>Top, >Modelo


La presión osmótica (\Psi) se comporta como la presión de un gas ideal de el número de iones (N_s) en el volumen (V) a la temperatura absoluta (T), utilizando la constante universal de los gases (R) según:

\Psi =\displaystyle\frac{ N_s }{ V } R T

R
Constante universal de los gases
8.4135
J/mol K
4957
N_s
Número de iones
-
9850
\Psi
Presión osmótica
Pa
6608
T
Temperatura absoluta
K
5177
V
Volumen
m^3
5226
n = N_s / N_A p_1 = p_0 + rho_w * g * h_1 p_2 = p_0 + rho_w * g * h_2 Dh = h_2 - h_1 Dp = p_2 - p_1 Dp = rho_w * g * Dh n = M / M_m Psi = N_s * R * T / V p_1 = p_2 - Psi gDhh_1h_2Rrho_wDpMM_mN_AN_snp_0p_1p_2PsiTV

Como la energía molar libre de Gibbs es

dg = - s dT + v dp + \mu dN



se tiene que para el equilibrio entre un sistema con y sin material disuelto (dg=0) e igual temperatura (dT=0) que

\displaystyle\frac{V}{N_A}dp=\displaystyle\frac{V}{N_A}(p - \Phi)=\mu dN=\mu (N-N_s)



Como sin material disuelto se debe asumir que el vapor satisface la ecuación de los gases se tiene que

\mu\sim \displaystyle\frac{R}{N_A} T



con lo que se obtiene que

\Psi =\displaystyle\frac{ N_s }{ V } R T

ID:(12820, 0)



Presión osmótica y columna de agua

Ecuación

>Top, >Modelo


Si dos columnas de agua están separadas en su base por una membrana semipermeable que permite el paso del agua pero bloquea el soluto presente en una de ellas, se observará que las columnas tendrán alturas diferentes. Esto ocurre porque la presencia de un soluto reduce la presión osmótica, lo que provoca un ajuste en la altura de la columna para equilibrar la diferencia de presión.

Si la presión en la primera columna es la presión en la columna 1 (p_1), la presión en la segunda columna (sin soluto) es la presión en la columna 2 (p_2), y la presión osmótica es la presión osmótica (\Psi), podemos expresar la relación mediante:

p_1 = p_2 - \Psi

p_1
Presión en la columna 1
Pa
6261
p_2
Presión en la columna 2
Pa
6262
\Psi
Presión osmótica
Pa
6608
n = N_s / N_A p_1 = p_0 + rho_w * g * h_1 p_2 = p_0 + rho_w * g * h_2 Dh = h_2 - h_1 Dp = p_2 - p_1 Dp = rho_w * g * Dh n = M / M_m Psi = N_s * R * T / V p_1 = p_2 - Psi gDhh_1h_2Rrho_wDpMM_mN_AN_snp_0p_1p_2PsiTV

ID:(12827, 0)



Diferencia de presión entre columnas

Ecuación

>Top, >Modelo


La diferencia de alturas, representada por la diferencia de altura (\Delta h), implica que la presión en ambas columnas es diferente. En particular, la diferencia de presión (\Delta p) es una función de la densidad del líquido (\rho_w), la aceleración gravitacional (g) y la diferencia de altura (\Delta h), de la siguiente manera:

\Delta p = \rho_w g \Delta h

g
Aceleración gravitacional
9.8
m/s^2
5310
\Delta h
Altura de la columna del liquido
m
5819
\rho_w
Densidad del líquido
kg/m^3
5407
\Delta p
Diferencial de la presión
Pa
6673
n = N_s / N_A p_1 = p_0 + rho_w * g * h_1 p_2 = p_0 + rho_w * g * h_2 Dh = h_2 - h_1 Dp = p_2 - p_1 Dp = rho_w * g * Dh n = M / M_m Psi = N_s * R * T / V p_1 = p_2 - Psi gDhh_1h_2Rrho_wDpMM_mN_AN_snp_0p_1p_2PsiTV

Si hay la diferencia de presión (\Delta p) entre dos puntos, como lo indica la ecuación:

\Delta p = p_2 - p_1



podemos usar la presión de la columna de agua (p), que es:

p_t = p_0 + \rho_w g h



Esto nos da:

\Delta p=p_2-p_1=p_0+\rho_wh_2g-p_0-\rho_wh_1g=\rho_w(h_2-h_1)g



Dado que la diferencia de altura (\Delta h) es:

\Delta h = h_2 - h_1



la diferencia de presión (\Delta p) se puede expresar como:

\Delta p = \rho_w g \Delta h

ID:(4345, 0)



Diferencia de altura

Ecuación

>Top, >Modelo


Cuando se conectan dos columnas de líquido con la altura de columna de líquido 1 (h_1) y la altura de columna de líquido 2 (h_2), se crea una la diferencia de altura (\Delta h) que se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula:

\Delta h = h_2 - h_1

\Delta h
Altura de la columna del liquido
m
5819
h_1
Altura o profundidad 1
m
6259
h_2
Altura o profundidad 2
m
6260
n = N_s / N_A p_1 = p_0 + rho_w * g * h_1 p_2 = p_0 + rho_w * g * h_2 Dh = h_2 - h_1 Dp = p_2 - p_1 Dp = rho_w * g * Dh n = M / M_m Psi = N_s * R * T / V p_1 = p_2 - Psi gDhh_1h_2Rrho_wDpMM_mN_AN_snp_0p_1p_2PsiTV



la diferencia de altura (\Delta h) generará la diferencia de presiones que desplazará el líquido de la columna más alta hacia la columna más baja.

ID:(4251, 0)



Diferencia de presión

Ecuación

>Top, >Modelo


Cuando se conectan dos columnas de líquido con la presión en la columna 1 (p_1) y la presión en la columna 2 (p_2), se crea una la diferencia de presión (\Delta p) que se calcula mediante la siguiente fórmula:

\Delta p = p_2 - p_1

\Delta p
Diferencial de la presión
Pa
6673
p_1
Presión en la columna 1
Pa
6261
p_2
Presión en la columna 2
Pa
6262
n = N_s / N_A p_1 = p_0 + rho_w * g * h_1 p_2 = p_0 + rho_w * g * h_2 Dh = h_2 - h_1 Dp = p_2 - p_1 Dp = rho_w * g * Dh n = M / M_m Psi = N_s * R * T / V p_1 = p_2 - Psi gDhh_1h_2Rrho_wDpMM_mN_AN_snp_0p_1p_2PsiTV



la diferencia de presión (\Delta p) representa la diferencia de presiones que desplazará el líquido de la columna más alta hacia la columna más baja.

ID:(4252, 0)



Número de moles

Ecuación

>Top, >Modelo


El número de moles (n) corresponde a el número de partículas (N) dividido por el número de Avogadro (N_A):

n \equiv\displaystyle\frac{ N_s }{ N_A }

n \equiv\displaystyle\frac{ N }{ N_A }

N_A
Número de Avogadro
6.02e+23
-
9860
n
Número de moles
mol
6679
N
N_s
Número de iones
-
9850
n = N_s / N_A p_1 = p_0 + rho_w * g * h_1 p_2 = p_0 + rho_w * g * h_2 Dh = h_2 - h_1 Dp = p_2 - p_1 Dp = rho_w * g * Dh n = M / M_m Psi = N_s * R * T / V p_1 = p_2 - Psi gDhh_1h_2Rrho_wDpMM_mN_AN_snp_0p_1p_2PsiTV

ID:(3748, 0)



Número de moles con masa molar

Ecuación

>Top, >Modelo


El número de moles (n) se determina dividiendo la masa (M) de una sustancia por su la masa molar (M_m), que corresponde al peso de un mol de la sustancia.

Por lo tanto, se puede establecer la siguiente relación:

n = \displaystyle\frac{ M }{ M_m }

M
Masa
kg
5183
M_m
Masa molar
kg/mol
6212
n
Número de moles
mol
6679
n = N_s / N_A p_1 = p_0 + rho_w * g * h_1 p_2 = p_0 + rho_w * g * h_2 Dh = h_2 - h_1 Dp = p_2 - p_1 Dp = rho_w * g * Dh n = M / M_m Psi = N_s * R * T / V p_1 = p_2 - Psi gDhh_1h_2Rrho_wDpMM_mN_AN_snp_0p_1p_2PsiTV

El número de moles (n) corresponde a el número de partículas (N) dividido por el número de Avogadro (N_A):

n \equiv\displaystyle\frac{ N_s }{ N_A }



Si multiplicamos el numerador y el denominador por la masa de la partícula (m), obtenemos:

n=\displaystyle\frac{N}{N_A}=\displaystyle\frac{Nm}{N_Am}=\displaystyle\frac{M}{M_m}



Así que es:

n = \displaystyle\frac{ M }{ M_m }

La masa molar se expresa en gramos por mol (g/mol).

ID:(4854, 0)



Presión de columna con presión atmosférica (1)

Ecuación

>Top, >Modelo


La presión de la columna de agua (p) es con la densidad del líquido (\rho_w), la altura de la columna (h), la aceleración gravitacional (g) y la presión atmosférica (p_0) igual a:

p_1 = p_0 + \rho_w g h_1

p_t = p_0 + \rho_w g h

g
Aceleración gravitacional
9.8
m/s^2
5310
h
h_1
Altura o profundidad 1
m
6259
\rho_w
Densidad del líquido
kg/m^3
5407
p_0
Presión atmosférica
Pa
5817
p_t
p_1
Presión en la columna 1
Pa
6261
n = N_s / N_A p_1 = p_0 + rho_w * g * h_1 p_2 = p_0 + rho_w * g * h_2 Dh = h_2 - h_1 Dp = p_2 - p_1 Dp = rho_w * g * Dh n = M / M_m Psi = N_s * R * T / V p_1 = p_2 - Psi gDhh_1h_2Rrho_wDpMM_mN_AN_snp_0p_1p_2PsiTV

ID:(4250, 1)



Presión de columna con presión atmosférica (2)

Ecuación

>Top, >Modelo


La presión de la columna de agua (p) es con la densidad del líquido (\rho_w), la altura de la columna (h), la aceleración gravitacional (g) y la presión atmosférica (p_0) igual a:

p_2 = p_0 + \rho_w g h_2

p_t = p_0 + \rho_w g h

g
Aceleración gravitacional
9.8
m/s^2
5310
h
h_2
Altura o profundidad 2
m
6260
\rho_w
Densidad del líquido
kg/m^3
5407
p_0
Presión atmosférica
Pa
5817
p_t
p_2
Presión en la columna 2
Pa
6262
n = N_s / N_A p_1 = p_0 + rho_w * g * h_1 p_2 = p_0 + rho_w * g * h_2 Dh = h_2 - h_1 Dp = p_2 - p_1 Dp = rho_w * g * Dh n = M / M_m Psi = N_s * R * T / V p_1 = p_2 - Psi gDhh_1h_2Rrho_wDpMM_mN_AN_snp_0p_1p_2PsiTV

ID:(4250, 2)