La difusión y la ósmosis son procesos de transporte pasivo, lo que significa que no requieren entrada de energía mover sustancias. Ambos procesos son esenciales para el correcto funcionamiento de 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 las soluciones no están separadas por una membrana semipermeable, mientras que la ósmosis ocurre exclusivamente a través de una membrana semipermeable.
En realidad, existen tres tipos de procesos de transporte pasivo. Además de la difusión y la ósmosis, también hay Difusión facilitada. Si bien la difusión y la ósmosis no involucran proteínas cuando transportan sustancias, la difusión facilitada necesita la ayuda de proteínas.
¿Qué es la difusión?
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 siempre están en movimiento. La temperatura, una cualidad física a la que las personas suelen referirse en su vida diaria, está directamente relacionada con el movimiento molecular. Es una medida de la energía cinética promedio de las moléculas de 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 un vecino cada pocos nanosegundos.
En todo el planeta, el aire dentro de la atmósfera tiene la misma composición y está compuesto de nitrógeno (78%), oxígeno (aproximadamente 21%), argón (casi 1 %) y otros gases como el CO2 que están presentes en cantidades minúsculas (pero aún lo suficiente para calentar el planeta a un ritmo acelerado).
La difusión hace que la composición del aire sea uniforme al redistribuir especies químicas, como el oxígeno en el aire, hasta que se alcance el equilibrio, es decir, hasta que se elimine el gradiente de concentración, la diferencia de concentración entre dos áreas. Si la concentración de una especie no es inicialmente uniforme, con el tiempo la difusión provocará una transferencia de masa a favor de una concentración más uniforme.
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;
- temperatura;
- distancia que deben viajar 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 para alimentos en una taza de agua, que cambiará el color de todo el solvente (agua), es otro gran ejemplo de difusión
La difusión es un proceso importante y generalizado para sistemas vivos y no vivientes. Para entrar y salir de una célula, sustancias como el agua o los nutrientes tienen que atravesar la membrana semipermeable. La difusión es uno de los procesos que lo permite. Una membrana semipermeable o selectivamente permeable es una membrana que permite que algunas sustancias pasen fácilmente mientras que otras sustancias viajan 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 una célula membrana.
- 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 de elección en todos los sistemas vivos, a través de una membrana 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 filtre 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. Es por eso que las células parecen 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 se mantenga aproximadamente igual que la concentración de la solución dentro de los glóbulos rojos.
A diferencia de los glóbulos rojos, las células vegetales tienen un 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 estallar. Sin ósmosis, las plantas no podrían absorber agua del suelo. A medida que se absorbe más agua, las células se vuelven rígidas debido a la presión; esto es muy útil ya que las plantas no tienen esqueletos. Si las células vegetales pierden demasiada agua por ósmosis, se vuelven menos rígidas y, finalmente, la membrana celular se encoge y se aleja de la pared celular.
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 salina, 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 causada por la diferencia de niveles entre los dos compartimentos detiene los procesos. La presión que se necesita para alcanzar este equilibrio se llama presión osmótica.
También existe la ósmosis inversa, que es literalmente el proceso inverso de la ósmosis, donde el disolvente se filtra del concentrado alto al solución de concentrado inferior. En otras palabras, en lugar de buscar un equilibrio equitativo 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 (removiendo la sal del agua de mar) . En todo el mundo, ahora hay más de 13.000 plantas desalinizadoras en el mundo. En la ósmosis inversa, estamos (literalmente) simplemente invirtiendo el proceso haciendo que nuestro solvente filtre fuera de nuestro concentrado alto y en la solución de concentrado inferior, por lo que en lugar de crear un equilibrio igual de solvente y soluto en ambas soluciones, está separando el soluto del solvente.