Calcolatore di pressione osmotica
Dati di input
| Concentrazione molare | 1 M |
|---|---|
| Fattore di van 't Hoff | 1 |
| Temperatura assoluta | 298,2 K |
Calcolatore di pressione osmotica
Calcola la pressione osmotica usando l'equazione di van 't Hoff Π = i·M·R·T, inserendo la molarità, il fattore di van 't Hoff e la temperatura.
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La pressione osmotica
Quando due soluzioni a concentrazioni diverse sono separate da una membrana semipermeabile — che lascia passare l'acqua ma non i soluti disciolti — l'acqua si sposta dal lato a minore concentrazione di soluto verso quello a maggiore concentrazione. Questo flusso netto è l'osmosi. La pressione osmotica è la pressione esterna minima che deve essere applicata al lato più concentrato per arrestare tale flusso. È una proprietà colligativa: dipende dal numero di particelle disciolte, non dalla loro identità chimica.
L'equazione di van 't Hoff
Per le soluzioni diluite, la pressione osmotica segue l'equazione di van 't Hoff:
Π=i⋅M⋅R⋅T| Simbolo | Significato | Unità tipica |
|---|---|---|
| Π | Pressione osmotica | atm |
| i | Fattore di van 't Hoff (particelle per unità formula) | adimensionale |
| M | Concentrazione molare del soluto | mol/L |
| R | Costante dei gas ideali = 0,082057 | atm·L·mol⁻¹·K⁻¹ |
| T | Temperatura assoluta | K |
L'equazione è strutturalmente identica alla legge dei gas ideali PV = nRT, con M al posto di n/V.
Il fattore di van 't Hoff
Il fattore i tiene conto del fatto che alcuni soluti si dissociano in più particelle quando si sciolgono:
| Soluto | Dissociazione | i ideale |
|---|---|---|
| Glucosio (C₆H₁₂O₆) | Nessuna | 1 |
| NaCl | Na⁺ + Cl⁻ | 2 |
| CaCl₂ | Ca²⁺ + 2 Cl⁻ | 3 |
| K₂SO₄ | 2 K⁺ + SO₄²⁻ | 3 |
Nelle soluzioni concentrate, la formazione di coppie ioniche riduce il valore effettivo di i al di sotto dell'intero ideale. Per la maggior parte dei problemi su soluzioni diluite si utilizza il valore ideale.
Esempio svolto
Una soluzione contiene 0,5 mol/L di NaCl (i = 2) a 25 °C (298,15 K). Calcolare la pressione osmotica.
Π=i⋅M⋅R⋅T=2×0,5 mol/L×0,082057 atm\cdotpL\cdotpmol−1\cdotpK−1×298,15 K=24,47 atmSi tratta di circa 24 volte la pressione atmosferica — un promemoria che anche concentrazioni moderate generano pressioni osmotiche elevate.
Osmosi e osmosi inversa
Poiché le pressioni osmotiche possono essere molto grandi, guidano processi importanti:
- Cellule biologiche: regolano le concentrazioni di soluto per mantenere l'equilibrio osmotico attraverso le membrane cellulari. Il plasma sanguigno umano ha una pressione osmotica di circa 7,7 atm a 37 °C.
- Desalinizzazione: utilizza l'osmosi inversa applicando una pressione superiore a quella osmotica dell'acqua di mare (~27 atm) per forzare l'acqua attraverso una membrana, lasciando il sale.
- Conservazione degli alimenti: la salagione e la conservazione con lo zucchero creano un'alta pressione osmotica all'esterno dei batteri, estraendo l'acqua dalle cellule e inibendone la crescita.
Soluzioni isotoniche, ipotoniche e ipertoniche
Una soluzione è isotonica rispetto a una cellula se la sua pressione osmotica coincide con quella del contenuto cellulare; l'acqua entra e fuoriesce a velocità uguali e la cellula rimane invariata. Una soluzione ipotonica ha una pressione osmotica inferiore, quindi l'acqua entra e la cellula si gonfia (e può lisarsi). Una soluzione ipertonica ha una pressione osmotica superiore, quindi l'acqua fuoriesce e la cellula si raggrinzisce (crenazione). La soluzione fisiologica per via endovenosa è formulata per essere isotonica con i globuli rossi, motivo per cui la concentrazione standard è 0,9% NaCl.
Domande frequenti (FAQ)
Qual è la formula della pressione osmotica?
La pressione osmotica è data dall'equazione di van 't Hoff Π = i·M·R·T, dove i è il fattore di van 't Hoff, M è la concentrazione molare in mol/L, R è la costante dei gas ideali (0,082057 atm·L·mol⁻¹·K⁻¹) e T è la temperatura assoluta in kelvin. A 25 °C (298,15 K), una soluzione ideale 1 mol/L (i = 1) ha una pressione osmotica di circa 24,5 atm — circa 25 volte la pressione atmosferica.
Che cos'è il fattore di van 't Hoff?
Il fattore di van 't Hoff (i) conta il numero di particelle disciolte prodotte per unità formula di soluto. I soluti molecolari come il glucosio o il saccarosio non si dissociano, quindi i = 1. I composti ionici si separano in ioni: NaCl dà Na⁺ e Cl⁻ (i ≈ 2) e CaCl₂ dà Ca²⁺ e due Cl⁻ (i ≈ 3). In pratica, la formazione di coppie ioniche nelle soluzioni concentrate rende il valore effettivo di i leggermente inferiore all'intero ideale.
Che cos'è l'osmosi e come funziona l'osmosi inversa?
L'osmosi è il flusso netto di solvente attraverso una membrana semipermeabile da una regione a minore concentrazione di soluto verso una a maggiore concentrazione. La pressione minima necessaria ad arrestare questo flusso è la pressione osmotica. L'osmosi inversa applica una pressione esterna superiore alla pressione osmotica per forzare il solvente dal lato concentrato a quello diluito, eliminando i soluti disciolti. L'acqua di mare ha una pressione osmotica di circa 27 atm, quindi gli impianti di desalinizzazione per osmosi inversa operano al di sopra di tale soglia.
Perché la pressione osmotica è importante in biologia?
Le cellule mantengono un equilibrio tra la concentrazione di soluti al loro interno e all'esterno delle membrane. Se la soluzione circostante è troppo diluita (ipotonica), l'acqua entra nella cellula, che può gonfiare e scoppiare. Se è troppo concentrata (ipertonica), l'acqua fuoriesce e la cellula si raggrinzisce. Il plasma sanguigno umano ha una pressione osmotica di circa 7,7 atm a 37 °C, motivo per cui la soluzione fisiologica per via endovenosa è formulata per essere isotonica (circa 0,9% NaCl, ≈ 0,154 mol/L). Le deviazioni causano i danni cellulari osservati in condizioni come la grave disidratazione o l'iperidratazione.
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Calcola la molarità di una soluzione da moli e volume con M = n/V, oppure ricava le moli di soluto o il volume noti gli altri due valori.