OsmozaCurs:

Coordonator:

Proiect realizat de :

Grupa:

Seria:

Fenomenul de osmoza

 Osmoza este difuzia unui solvent (de obicei apa) printr-o membrana

semipermeabila,dintr-o solutie cu concentratie mica de solvat(potential mare al

apei)intr-o solutie cu concentratie mare de solvat(potential mic al apei),pana la un anumit gradient de concentratie al solutiei.Este un proces fizic in care un solvent se deplaseaza,fara a primi energie,printr-o membrana semipermeabila(permeabila la solvent,dar nu si la solutie) separandu-se in doua solutii de concentratii diferite.Acest efect poate fi masurat prin cresterea presiunii solutiei hipertonice,fata de cea hipotonica.

Daca punem in contact, printr-o membrana semipermabila , intr-un vas o solutie (zahar in apa) si soloventul pur ( apa ),se constata un fenomen de difuzie in care particulele substantei dizolvate se,distribuie uniformin toata masa solventului. Apa trece prin membrana semipermeabila in solutie si dupa trecerea unui interval de timp ,nivelul acesteia se ridica la inaltimea “h”. Aceasta dovedeste ca, in unul dintre cele doua  compartimente , exista o presiune , numita presiune osmotica, egala cu presiunea hidrostatica a coloanei de lichid.

Presiunea osmotica este definita ca presiunea necesara pentru a mentine echilibrul,fara o miscare a solventului.Presiunea osmotica este o proprietate asociativa,aceasta insemnand ca proprietatea depinde de concentratia molara a solutiei dar nu si de identitatea sa.

Fenomenul este cunoscut si ca osmoza directa. Exista si osmoza inversa care apare atunci cand membrane semipermeabila separa doua solutii de concentratii diferite si asupra solutiei mai concentrate se exercita in exterior o presiune foarte mare ceea ce determina trecerea moleculelor de solvent prim membrane de la solutia mai concentrate la cea mai diluata. Solutia ilustreaza tendinta naturala a tuturor sistemelor de a-si mari entropia(starea de dezordine).

Legile presiunii osmotice

Legile presiunii osmotice pentru solutii diluate si neelectrolitice

Aceste legi se pot enunta astfel:

a.     La temperatura constanta , presiunea osmotica a unei solutii creste proportional cu concentratia solutiei. Legea transformării izoterme, este una din principalele legi ale gazelor. Leagea a fost enuntata de Robert Boyle în anul 1662 și de către Edme Mariotte în anul 1676 sub forma:  la temperatură constantă, volumul unui gaz variază invers proporțional cu creșterea presiunii.

b.     pentru o concentratie constanta si masa molara data,presiunea osmotica variaza cu temperature conform legii lui Gay-Lussac. Legealui Gay-Lussac stabileste o dependenta intre volumul unui gaz si temperatura sa cind presiunea se mentine constanta. Un proces la care participa un sistema dat (masa=constanta) sub presiune constanta se numeste proces izobar. Variatia relativa a volumului unui gaz, aflat la presiune constanta, este direct proportionala cu temperature.

c.    pentru temperature constanta si concentratie constantam presiunea osmotica este invers proportional cu masa molara a solutiei. O transformare izocora are loc la volum constant. O consecință este că lucrul mecanic exterior este nul. Căldura schimbată într-un astfel de proces este transformată în întregime în variația de energie internă a sistemului, materializată prin variația presiunii și temperaturii sistemului.

Cele trei legi sunt continute in legea Van't Hoff:presiunea osmotica a unei solutii este egala cu presiunea  exercitata de substanta dizolvata daca ar fi in stare gazoasa si ar ocupa un volum egal cu al solutiei.

Relatiile sunt identice cu ecuatia de stare a gazelor ideale. Ele pun in evidenta faptul ca presiunea osmotica a unei solutii nu depinde de natura particulelor si numai de concentratie, temperatura si masa molara a solutiei. In plus ea permine determinarea masei molare pe baza masurarii presiunii omotice.

Membrana cu permeabilitate selectiva permite difuziunea apei nu si a substantei dizolvate. Multe membrane celulare se comporta in acest fel, osmoza fiind un mecanism vital in transportul lichidelor in cadrul organismelor vii.

Osmoza este importanta in sistemele biologice unde multe membrane biologice sunt semipermeabile.In general aceste membrane sunt impermeabile la solutii organice cu molecule mari precum polizaharidele in timp ce sunt permeabile la apa si solutii cu molecule de volum mic,neincarcate. Permeabilitatea poate depinde de proprietatile solubilitatii,sarcina,sau dimensiunile moleculare ale solutiei.Moleculele de apa trec prin peretii celulei de plasma,tonoplast (vacuola)sau protoplast in doua modalitati sau direct prin difuziune prin stratul dublu fosfolipid sau prin aquapori(mici proteine transmembrana similare cu cele din difuzia facilitata si de la crearea canalelor de ioni).

In mod normal apa pura difuzeaza prin membrana semi-permeabila din celula cu concentratie mai mica in celula cu concentratie mai mare,avand tendinta de egalizare a concentratiilor in ambele celule si deci de stabilire a echilibrului.

OSMOZA INVERSA Osmoza inversa este un proces tehnic care aplica fenomenul de

osmoza in sens invers.Este o metoda de filtrare care inlatura multiple molecule mari si ioni din diferite solutii.Pe partea cu concentratia de ioni mai ridicata este aplicata o presiune care preseaza moleculele de apa spre partea cu concentratia mai scazuta de ioni.Materiile organice si anorganice dizolvate in apa de intrare precum si microorganismele prezentate in ea au dimensiuni moleculare mult mai mari decat porii ultrafini ai membranei semipermeabile si nu pot difuza spre partea cu apa filtrata.

Astfel pe partea cu apa filtrata se acumuleaza numai molecule de apa,impuritatile din apa de intrare fiind retinute de membrana semipermeabila.De exemplu,porii membranei semipermeabile au o dimensiune de cca 0,0001 microni,virusii au dimensiuni cuprinse intre 0,02 si 0,04 microni iar bacteriile au dimensiuni cuprinse intre 1 si 4 microni. Pentru a impiedica blocarea membranei cu impuritatile din apa de intrare,impuritatile retinute de membrana trebuie spalate continuu de pe membrana(clatirea membranei).O instalatie cu osmoza inversa produce deci in afara de apa pura si apa reziduala care contine impuritatile din apa de intrare si este deversata in canalizare.

Osmoza inversa reprezinta o metoda de filtrare de lichid, care inlatura multe tipuri de la molecule atomice mari la molecule mai mici, prin fortarea lichidului la presiune inalta printr-o membrana cu pori (gauri) doar suficient de mare pentru a permite moleculelor mici sa treaca prin ea.Acesta e cea mai frecventa metoda utilizata in purificare apei potabile din apa de mare, de a scoate sarea si alte substante din moleculele de apa. Cu toate acestea, procesul de osmoza inversa e, de asemenea, utilizat pentru filtrarea multe alte tipuri de lichide.

Procesul poate fi similar cu membrana de filtrare. Cu toate acestea, exista diferente esentiale intre osmoza inversa si filtrare. Mecanismul predominant de scoatere in filtrarea cu membrana este strecurarea, excludere prin marime, astfel incat procesul poate atinge, teoretic, excluderea perfecta de particule, indiferent de parametri operationali, precum influienta presiunii si concentratia. OI(osmoza inversa), cu toate acestea implica un mecanism de difuzie, astfel incat separarea eficienta este in functie de concentratia solitiei, de apa sub presiune si rata de flux. Acesta actioneaza prin utilizarea presiunii pentru a forta o solutie sa treaca printr-o membrana, pastrand substanta pe o parte si care sa permita solventului pur sa treaca de partea cealalta.

Aceasta este procesul invers osmozei normale, care este miscarea naturala de solvent dintr-o zona de concentrare scazuta de substanta, printr-o membrana, intr-o zona de mare concentrare de substanta atunci cand nici o presiune externa nu este aplicata. Peste tot, sisteme de purificare a apei de uz casnic potabil, inclusiv sistemul de osmoza inversa, sunt utilizate in mod curent pentru imbunatatirea apei pentru baut si gatit.Astfel de sisteme cu osmoza inversa de obicei includ un numar de pasi:

- Un filtru de particule pentru a capta sedimentele, inclusiv rugina si carbonatul de calciu

- Optional, un al doilea filtru de sedimente, cu pori mai mici

- Un filtru de carbon activ pentru a capta produse chimice organice si clor, care va ataca si degrada membranele TFC si de osmoza inversa

- Un fitru de osmoza inversa, care este un invelis cu membrana subtire dintr-un compozit de materiale (TFM sau TFC)

- Optional, un al doilea filtru de carbon pentru a capta aceste produse chimice ce nu s-au eliminat prin membrana de osmoza inversa

- Optional o lampa UV pentru dezinfectarea de microbi care pot scapa de filtrare prin membrana de osmoza inversa

In unele sisteme, pre-filtrul de carbon este omis si membrana de celuloza triacetat (CTA) este utilizata. Membrana CTA este predispusa la putrezire decat daca sunt protejate de apa cu clor, in timp ce membrana TFC este predispusa la descompunerea sub influenta clorului. In sistemele CTA, un post-filtru de carbon este necesara pentru a elimina clorul din apa produsul final.

Procesoare de osmoza inversa portabile pot fi folosite de persoane care locuiesc in mediul rural fara apa curata, departe de conductele de apa a orasului. Oamenii din zonele rurale filtreaza singuri apa din ocean sau rau, dispozitivul este usor de folosit (pentru apa sarata ar putea fi necesara membrane speciale). Unii calatori cu barca in excursii lungi, sau la pescuit, sau ce campeaza pe o insula, sau in tarile in care apa locala furnizata este poluata sau care nu corespunde standardelor, utilizeaza procesoare cu osmoza inversa impreuna cu sterilizatori UV. Sistemele cu osmoza inversa sunt, de asemenea, folosite acum pe scara larga de catre entuziasti ai acvariului marin. In productia de apa minerala imbuteliata, apa trece printr-un procesor de osmoza inversa a apei pentru a elimina poluantii si microorganismele. In tarile europene, insa, astfel de prelucrare a apei minerale

naturale (astfel cum sunt definita intr-o directiva europeana) nu este permisa de legislatia europeana. (In practica, o parte din bacterii vii poate sa treaca printr-o membrana de osmoza inversa prin unele imperfectiuni minore, sau trecerea de membrana in intregime prin fisuri mici, in jurul sigiliilor. Astfel, sisteme de osmoza inversa complete pot include etape suplimentare de tratament al apei care utilizeaza lumina ultravioleta sau de ozonul pentru a preveni contaminarea microbiologica).