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Diagrama de Ven de ósmosis vs difusión.

La difusión y la ósmosis son procesos de transporte pasivo, lo que significa que no requieren aporte de energía para mover sustancias. Ambos procesos son esenciales para el buen funcionamiento de los procesos biológicos como el transporte de agua o nutrientes entre las células.

La principal diferencia entre los dos es que la difusión puede ocurrir en cualquier mezcla, incluso cuando dos soluciones no están separadas por una membrana semipermeable, mientras que la ósmosis ocurre exclusivamente a través de una membrana semipermeable.

En realidad, hay tres tipos de procesos de transporte pasivo. Además de la difusión y la ósmosis, también existe la difusión facilitada. Si bien la difusión y la ósmosis no involucran proteínas cuando transportan sustancias, la difusión facilitada necesita la asistencia de proteínas.

¿Qué es la difusión?

Animación de un volumen de solución que inicialmente no es uniforme. El rojo es una alta concentración de solvente, mientras que el azul es el soluto puro. Con el tiempo, la difusión hace que la solución se iguale en concentración. Crédito: Comsol.

La difusión es el movimiento pasivo de moléculas desde un área de alta concentración de moléculas a un área con una concentración más baja. Dentro de las células, la difusión es el transporte de pequeñas moléculas a través de la membrana celular.

Las moléculas están siempre en movimiento. La temperatura, una cualidad física a la que la gente suele hacer referencia en su vida diaria, está directamente relacionada con el movimiento molecular. Es una medida de la energía cinética promedio de las moléculas en un material. La energía de las moléculas provoca un movimiento aleatorio que a su vez desencadena la difusión. Las colisiones entre moléculas son comunes: incluso en el aire a presión atmosférica, una molécula choca con una vecina cada pocos nanosegundos.

En todo el planeta, el aire dentro de la atmósfera tiene la misma composición y está compuesto por nitrógeno (78 %), oxígeno (alrededor del 21 %), argón (casi el 1 %) y otros gases como el CO 2 que están presentes en cantidades mínimas ( pero todavía lo suficiente como para calentar el planeta a un ritmo acelerado).

La difusión uniformiza la composición del aire al redistribuir especies químicas, como el oxígeno en el aire, hasta alcanzar el equilibrio, es decir, hasta que se alcanza el gradiente de concentración, se elimina la diferencia de concentración entre dos áreas. Si la concentración de una especie no es inicialmente uniforme, la fusión con el tiempo provocará una transferencia de masa a favor de una concentración más uniforme.

Colorante alimentario amarillo que se difunde a través del agua. El vaso de la izquierda contiene agua caliente mientras que el vaso de la derecha está lleno de agua más fría. A pesar de que el colorante alimentario se añadió al agua caliente un poco después del agua fría, aún se difundió más a fondo en este vaso. Este efecto se debe a la mayor energía cinética del agua caliente. (La animación es 2x en tiempo real). Crédito: Universidad Comunitaria de Austin.

Una vez en equilibrio, el movimiento de las moléculas no se detiene porque su energía cinética es la misma. Ahora hay un movimiento igual de especies químicas en ambas direcciones.

Los factores que afectan la difusión son:

  • gradiente de concentración;
  • la temperatura;
  • distancia que deben recorrer las partículas.

Veamos algunos ejemplos de difusión en acción. Rociar perfume en una habitación hará que huela bien por un tiempo, pero con el tiempo la difusión distribuirá las moléculas de olor hasta que su concentración sea imperceptible para la nariz humana. Dejar caer colorante alimentario en una taza de agua, lo que cambiará el color de todo el solvente (agua), es otro gran ejemplo de difusión.

La difusión es un proceso generalizado e importante tanto para los sistemas no vivos como para los vivos. Para entrar y salir de una célula, sustancias como el agua o los nutrientes deben atravesar la membrana semipermeable. La difusión es uno de los procesos que permiten esto. Una membrana semipermeable o selectivamente permeable es una membrana que permite que algunas sustancias pasen fácilmente mientras que otras sustancias lo hacen muy lentamente o no lo hacen en absoluto.

Dado que la difusión ocurre bajo una variedad de condiciones, los científicos clasifican varios tipos de difusión.

  • La difusión simple es el tipo más común de difusión, donde las sustancias se transportan sin la ayuda de proteínas.
  • La difusión facilitada requiere proteínas de transporte para difundir sustancias a través de la membrana celular.
  • La diálisis es la difusión de solutos a través de una membrana selectivamente permeable.
  • La ósmosis generalmente se define como la difusión de agua, el solvente elegido en todos los sistemas vivos, a través de una membrana selectivamente permeable.

¿Qué es la ósmosis?

La ósmosis, un tipo de difusión, representa el movimiento del agua a través de una membrana parcialmente permeable, desde un área de alta concentración de agua a un área de baja concentración de agua.

La ósmosis tiene lugar en todas las células. Por ejemplo, cuando se colocan en agua, los glóbulos rojos dejarán que el agua se deslice a través de su membrana. Cuando se coloca en una solución concentrada de azúcar, el glóbulo rojo en realidad se encoge porque el agua se mueve por ósmosis hacia el área de menor concentración de agua. Esta es la razón por la que las células aparecen arrugadas cuando se ven a través de un microscopio. Afortunadamente, esto nunca sucede dentro del cuerpo porque los riñones se aseguran de que la concentración de la sangre permanezca aproximadamente igual a la concentración de la solución dentro de los glóbulos rojos.

A diferencia de los glóbulos rojos, las células vegetales tienen una pared celular mucho más fuerte y rígida en el exterior de la membrana celular. Esto permite que las células vegetales absorban más agua por ósmosis sin reventar. Sin ósmosis, las plantas no podrían absorber agua del suelo. A medida que se absorbe más agua, las propias células se vuelven rígidas debido a la presión, lo que es muy útil ya que las plantas no tienen esqueleto. Si las células vegetales pierden demasiada agua por ósmosis, se vuelven menos rígidas y, finalmente, la membrana celular se encoge y se separa de la pared celular.

Crédito: Wikimedia Commons.

Cuando se usa la ósmosis para igualar las concentraciones en ambos lados de la membrana, ejerce una fuerza llamada presión osmótica. Por ejemplo, imagine dos compartimentos en un tanque separados por una membrana semipermeable que solo permite el paso de moléculas de agua. Un compartimento se llena con una solución de sal, mientras que el otro compartimento adyacente es una solución de agua pura. La única forma de alcanzar el equilibrio es transportando agua desde el compartimento de agua pura al compartimento de agua salada. Al hacerlo, la ósmosis eleva el nivel de líquido en el compartimento de agua salada hasta que la presión suficiente provocada por la diferencia de niveles entre los dos compartimentos detiene los procesos. La presión necesaria para alcanzar este equilibrio se denomina presión osmótica.

También existe la ósmosis inversa, que es literalmente el proceso inverso de la ósmosis, donde el solvente se filtra del concentrado alto a la solución de concentrado bajo. En otras palabras, en lugar de buscar un equilibrio igual de solvente y soluto en ambas soluciones, la ósmosis inversa separa el soluto del solvente.

La ósmosis inversa es muy útil para aplicaciones como la desalinización de agua (quitar la sal del agua de mar). En todo el mundo, ahora hay más de 13,000 plantas de desalinización en el mundo. En la ósmosis inversa, estamos (literalmente) simplemente invirtiendo el proceso al hacer que nuestro solvente se filtre de nuestra solución de alto concentrado a la solución de menor concentración, por lo que en lugar de crear un equilibrio igual de solvente y soluto en ambas soluciones, está separando el soluto del solvente.

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