Osmosi inversa

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Pressió osmòtica

Quan una dissolució es posa en contacte amb el dissolvent a través d'una membrana semipermeable, membrana que només deixa passar les molècules de dissolvent però no pas les dels soluts, les molècules de dissolvent es difonen cap a la dissolució, aquest fenomen s'anomena osmosi. Es pot arribar a una situació d'equilibri químic contrarestant aquesta tendència mitjançant l'aplicació d'una certa pressió sobre la dissolució, que es coneix com pressió osmòtica de la dissolució i es representa amb la lletra grega Π.[1]

A la figura adjunta es representen una dissolució separada del dissolvent pur per una membrana semipermeable. Les molècules de dissolvent passen del dissolvent pur a la dissolució concentrada, de manera que el volum de la dissolució concentrada augmenta al mateix temps que es dilueix. Si l'excés de dissolvent es fa pujar per dins d'un tub capil·lar, com es mostra a la figura, s'assolirà un equilibri quan l'augment de la pressió hidrostàtica, proporcional a l'altura h iguali a la pressió del dissolvent per passar cap a la dissolució, la pressió osmòtica. S'impedirà així el pas de més dissolvent cap a la dissolució concentrada.

L'osmosi és un fenomen biològic important per a la fisiologia cel·lular dels éssers vius.

Pressió osmòtica[modifica | modifica el codi]

Article principal: Pressió osmòtica

Si s'augmenta la pressió del costat de major concentració, pot aconseguir-se que el dissolvent passi des del costat d'alta concentració al de baixa concentració. D'aquesta manera s'està produint el fenomen contrari a l'osmosi, per això es diu osmosi inversa. És a dir, el dissolvent de la zona d'alta concentració passa a la de baixa concentració.

Si l'alta concentració és de sals, per exemple a l'aigua marina, en aplicar pressió, l'aigua passa a l'altre costat de la membrana sense les sals aconseguint dessalinitzar l'aigua de mar i fent-la potable. Mitjançant aquest procediment és possible obtenir aigua dessalinitzada (menys de 15 000 μS/cm de conductivitat elèctrica) partint d'una font d'aigua salabrosa, aigua de mar, que en condicions normals pot tenir entre 50.000 i 60.000 μS/cm de conductivitat.[2] L'osmosi inversa s'ha convertit avui en dia en un dels sistemes més eficients per dessalinitzar i fer potable l'aigua, sent usada en vaixells, avions, indústries, hospitals i domicilis.

Un altre exemple d'aplicació de l'osmosi inversa és la descontaminació d'aigües. Si es té aigua amb contaminant "X" les molècules de la qual tenen una mida de major que la mida de la molècula d'aigua, es pot cercar una membrana semipermeable que deixi passar molècules de mida de les de l'aigua però no del contaminant i, en aplicar pressió (osmosi inversa), s'obtindrà aigua descontaminada.

La clau és a la constitució del feix de membranes que intercalen xarxes-canals de circulació entre capa i capa i finalment convergeixen en el centre del sistema. Com hi ha un flux d'entrada i dos fluxos de sortida, a l'u se li coneix com a rebuig salí i a l'altre com flux de filtrat i els seus valors dependran de la pressió d'entrada imposada al sistema. En general és factible trobar membranes confeccionades amb poliamida o acetat de cel·lulosa (aquest últim material està en desaparició) amb un rebuig salí d'entre 96,5-99,8%. Existeixen membranes especialitzades per a cada tipus d'aigua, des d'aigua de mar fins a aigües salabroses. Els equips d'osmosi inversa industrials munten diversos trens o carros de membranes interconnectades entre si, una bomba d'alta pressió, mesuradors de TDS, pH i caudalímetres de columna. Existeixen equips que s'ubiquen a grans sales a causa de la seva enorme mida. Per a l'òptim funcionament d'aquests sistemes, es requereix mantenir un antiincrustant contra sílice (sílice gelificada neutra) que obtura el sistema, a més d'un biocida per mantenir lliure de biomasses les capes del sistema.

Bobina de membrana semipermeable emprada en la desalinització de l'aigua salobre

L'osmosi inversa té algunes restriccions, hi ha certes espècies químiques que el sistema no és capaç de retenir, aquests l'arsenit (As+3), la sílice neutra (ja esmentada) i el bor. Per retenir aquestes espècies cal realitzar una modificació de l'estat químic de l'espècie, ja sigui via oxidació, coprecipitació o canvis de pH del medi. Per exemple l'arsenit (As+3) experimenta un rebuig de menys de 25%, l'arsenat (As+5) és capaç de ser retingut en un 95-98%-98.

Les incrustacions a les membranes són un factor no menyspreable en l'eficiència de l'equip, això ocorre quan es pretén forçar el cabal de filtrat, ocorrent fronts de saturació a la superfície de la membrana. Altres substàncies són incrustants, tals com l'esmentada sílice, biomasses de microorganismes. Una vegada incrustada la membrana, sol és possible revertir la situació desmuntant la unitat i tractant-la amb barreges d'àcids forts i sotmetent-les contracorrent.

Un desenvolupament tecnològic recent especialment rellevant és el de l'osmosi inversa per a dessalinització basada en energia solar fotovoltaica, emprant només i exclusivament una petita bateria perquè tot funcioni correctament.

Experiment il·lustratiu d'osmosi[modifica | modifica el codi]

Es pot realitzar una experiència, consistent a omplir una bossa de cel·lofana, amb una solució d'aigua i sucre comú; la boca de la bossa ha de quedar hermèticament tancada. En aquestes condicions, se'l submergeix en un recipient que contingui aigua.

La cel·lofana compleix el paper d'una membrana i la característica que presenta és la de no permetre el pas de les molècules de sucre en la solució, la qual cosa significa que és impermeable al sucre. Al contrari, deixa passar amb facilitat les molècules d'aigua, és a dir, és permeable a ella. Les membranes que presenten aquest comportament reben el nom de semipermeables. D'acord a l'anterior, en l'experiment es pot observar que, al començament el recipient format per la membrana de cel·lofana es troba distès, però a poc a poc va augmentant de mida fins a quedar inflat. Això és conseqüència de la difusió de l'aigua a través de la membrana, des del recipient cap a l'interior de la bossa. Aquest és el fenomen que es coneix com a osmosi.

Però si s'augmentés la pressió dins de la bossa, es veuria que passen només les molècules d'aigua i no les de sucre, produint la filtració del component solvent, és a dir, osmosi inversa.

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Rodríguez, J. A; Ruíz, J.J. i Urieta, J.S. Termodinámica química. Madrid: Síntesis, setembre 2000. ISBN 84-7738-581-5. 
  2. Eamus, Derek. Ecohydrology: Vegetation Function, Water and Resource Mangement (en anglès). Csiro Publishing, 2006, p. 315. ISBN 0643068341. 

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Osmosi inversa Modifica l'enllaç a Wikidata