Por que existe a osmose?

24 de abril, 2016 às 10:02 | Postado em Estrutura da matéria, Mecânica de fluidos

Todo mundo sabe que a osmose é a passagem (da água ou do solvente) do meio menos concentrado (hipotônico) para o mais concentrado (hipertônico). O que eu quero saber é porque isto ocorre. O que causa esta movimentação de água/solvente entre os meios hipotônico e hipertônico? De onde vem a força resultante que causa esse movimento?

Para entendermos osmose, precisamos entender a transmissão de momento linear para uma membrana quando ela é permeável ou não à passagem de uma partícula. A Figura 1 ilustra os dois casos ideais, onde partículas diferentes, representando moléculas de soluto e solvente (aqui representadas pelas cores azul e verde) interagem de maneiras diferentes com uma membrana.

Suponha agora um compartimento preenchido por partículas azuis e separado ao meio por uma membrana  elástica impermeável, de tal maneira que o número de partículas  de cada lado seja igual. Partículas no compartimento da direita vão colidir com a parede e ceder momento para a direita, como mostrado na Figura 1A. As partículas do compartimento da esquerda vão, no entanto, ceder momento apontando para a esquerda. Supondo que o compartimento da esquerda e da direita estão à mesma temperatura, em média, os números de partículas que colidem com a parede assim como os módulos médios dos seus momentos serão iguais. O que faz com que a média da soma momentos absorvidos pela parede seja zero. Os impactos vindos de um lado compensam os vindos do outro e a membrana não é deformada, como ilustrado na Figura 2.

Suponha agora que troquemos as partículas azuis por verdes. Agora não haverá impacto de lado nenhum, e novamente, a membrana não absorve momento devido à interação com as partículas, não sofrendo nenhuma deformação, como ilustrado na Figura 3.

 Suponha um terceiro caso em que misturamos partículas azuis e verdes em iguais proporções de ambos lados dos compartimentos. As verdes passam de um lado para o outro sem interagir com a membrana enquanto que os impactos das azuis de um lado compensam os impactos vindos do outro lado. Novamente, em média, a membrana não absorve momento e não apresenta deformação, como ilustrado na Figura 4.

Finalmente, suponha agora que do lado esquerdo há mais moléculas azuis do que verdes, enquanto do lado direito há mais verdes do que azuis, embora o número total de partículas de cada lado seja o mesmo. Supondo, por simplificação, que todas partículas tenham a mesma massa, a soma das colisões das verdes e das azuis é proporcional ao número de partículas verdes e azuis.

Mas a interação das verdes com a membrana não as impedem de passar para o outro lado, assim, mais partículas verdes passam para o outro lado quando vindas da região com mais partículas verdes. Chamando as partículas verdes de água e as azuis de sal, passa água de onde há mais água (menos sal) para a que há menos água.

Por outro lado, a membrana absorve momento linear na interação com as azuis, e onde há mais azuis, há mais interações deste tipo. Assim, a membrana absorve mais momento das partículas azuis  vinda do compartimento com mais azuis. A consequência é que a membrana é empurrada no sentido que vai do compartimento com mais azuis (mais sal) para o compartimento com menos azuis (menos sal). A tensão superficial da membrana, então, faz a membrana responder a essa perturbação como uma superfície elástica, o que contrabalança o momento recebido nas interações com as partículas azuis.

Esta é uma maneira qualitativa e simplificada de se entender osmose. Salientamos que as interações de membranas não são tão simples: nem sempre todas verdes passam; nem sempre todas azuis ficam; é uma simplificação supor que quando uma partícula atravessa a membrana, ela não ceda nada de momento para a membrana; diferentes partículas não têm, em geral, a mesma massa e, por último mas não menos importante, em compartimentos com volumes diferentes, a quantidade relevante é a  densidade e não o número de partículas em cada compartimento. Assim, para modelos quantitativos essas características têm que ser levadas em conta.

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