Ósmosis, difusión y saturación

Buceo y vuelos en avión

Digamos que usted y un amigo se fueron a una isla tropical para bucear. Pasaste tu último día sentado en la playa y disfrutando del sol, pero a tu amiga le encantaba tanto el buceo que se fue a bucear el último día que los dos pasaron en la isla. Luego subiste a un avión para regresar a casa. Poco después de que el avión despegara, el avión tuvo que aterrizar de nuevo porque su amigo tenía mucho dolor. ¿Que pasó?

El cuerpo humano tiene más del 60% de agua.

Soluciones y solubilidad

Resulta que nuestros cuerpos están compuestos principalmente de agua. De hecho, más del 60% de nuestro cuerpo está hecho de agua. Entonces, nuestra sangre, tejidos, órganos y células son esencialmente soluciones o mezclas de solvente y soluto, donde el solvente , la sustancia que disuelve otras sustancias en él, es agua. Y hay muchos solutos o sustancias diferentes que se disuelven en solvente. En los casos de nuestro cuerpo, estos son azúcares, sales, proteínas y gases disueltos.

Difusión

Ahora bien, lo que afectó a tu amigo en este caso es la solubilidad del nitrógeno en agua. La solubilidad es la cantidad máxima de un soluto que se disolverá en un solvente particular a una temperatura y presión específicas.

Nitrógeno

Entonces, si la presión cambia lentamente con el tiempo, como lo hacen los buzos cuando salen de una inmersión, el nitrógeno disuelto en la sangre se difundirá con el tiempo y todo estará perfectamente bien.

Ahora, la difusión en este caso significa la propagación de moléculas desde áreas de alta concentración a áreas de baja concentración. Entonces, en este caso, cuando su amiga sale de su inmersión SCUBA, la concentración de moléculas de nitrógeno que se disuelven en su cuerpo es mayor que en el océano circundante y en el aire circundante. Entonces, con el tiempo, este nitrógeno dejará su cuerpo para moverse hacia áreas que tienen menor concentración.

El nitrógeno se difunde a las áreas circundantes de menor concentración a medida que suben los buzos.

Entonces, algo similar a esto es digamos que pones un poco de sal en agua y lo dejas reposar allí. Si regresa más tarde, encontrará que los cristales de sal ya no están allí y que el agua tiene un sabor salado. Esto se debe a que el agua disuelve la sal en una solución y, a medida que el agua disuelve la sal, el área que rodea los cristales de sal se vuelve muy salada. Esto hace que los iones de sodio y cloruro se propaguen lejos de la sal que se está disolviendo para que la solución se vuelva más homogénea.

Saturación

Ahora, siempre que su amiga hiciera todo bien, terminaría con una solución insaturada de nitrógeno en su sangre, al igual que todos tenemos por respirar, porque el nitrógeno constituye una parte significativa del aire que respiramos. Una solución insaturada es una solución que tiene menos de la cantidad máxima de soluto.

Ahora, en el caso de su amiga, probablemente siguió las reglas del buceo SCUBA y subió lentamente, pero su sangre todavía estaba saturada de nitrógeno cuando subieron a ese avión.

Ahora bien, una solución saturada es una solución en la que el solvente ha disuelto todo lo que puede de un soluto particular. Entonces, un ejemplo de esto es digamos que está haciendo agua salada; puede verter sal y poner sal y seguir añadiendo sal, pero en algún momento, no importa cuánto revuelva, esa sal no se disolverá y eso se debe a que tiene una solución saturada de cloruro de sodio y agua.

Entonces, en el caso de su amiga, ella tiene una solución saturada de nitrógeno disuelto en su sangre y en sus tejidos. Tan pronto como despegó, subió a una altitud mayor, unos 5.000 pies o 1.500 metros de presión en la cabina. De repente, la solución tenía más nitrógeno disuelto del que debería tener y se volvió sobresaturada. Una solución sobresaturada es aquella en la que hay más soluto disuelto de lo que habría en un equilibrio para una solución saturada. Ahora, las soluciones sobresaturadas, como puede imaginar, son realmente inestables. El soluto se precipitará a la menor provocación.

Después de cierto punto, la sal ya no se disuelve en agua porque la solución se ha saturado.

En este caso, fue a una altitud mayor, por lo que el nitrógeno comenzó a salir de los tejidos de su amiga demasiado rápido y comenzó a formar burbujas en sus venas. Esto es increíblemente doloroso y en realidad se llama flexión porque las personas se inclinan por el dolor.

Ósmosis

Afortunadamente, tenías una tripulación de cabina y un piloto realmente buenos y pudieron aterrizar el avión y tu amigo pudo ir al hospital. Ahora que su amigo no se siente bien, quiere hidratarlo, por lo que le da a su amigo una solución salina o cloruro de sodio en agua.

Ahora pensemos en esto por un segundo. Está preocupado por su amigo y quiere asegurarse de que sea la solución adecuada. Ahora, si damos un paso atrás, podemos pensar en nuestras células. Nuestras células tienen lo que se llama membranas semipermeables . Las membranas semipermeables son láminas delgadas de material que contienen pequeños orificios y pueden dejar pasar moléculas de disolvente, como el agua. Un ejemplo de esto con el que puede estar familiarizado en su vida diaria es la envoltura de Saran; La envoltura de Saran puede permitir que el aire y el vapor de agua entren y salgan para que su comida se mantenga fresca por más tiempo.

El proceso de las moléculas de disolvente, como el agua, que se mueven a través de una membrana semipermeable se llama ósmosis .

Ahora, como aprendimos de la difusión, si hay alta concentración de soluto en un lugar y baja concentración de soluto en otro lugar al que pueden llegar las moléculas, la tendencia es que estas cosas se igualen. Entonces, si tiene una gran cantidad de soluto en un lugar (por ejemplo, dentro de una celda) y una menor concentración de soluto fuera de la celda, su solvente comenzará a fluir hacia la celda para tratar de igualar la concentración de soluto en el dos soluciones. La cantidad de presión externa que se necesita para igualar estas dos soluciones se llama presión osmótica .

Ahora, en este caso, esto nos hace pensar, ‘está bien, queremos que nuestro amigo permanezca más o menos igual. Queremos que se hidrate bien sin tener ningún problema en el que mucha agua fluya hacia sus células o mucha agua salga de sus células debido a la presión osmótica ‘. Así que queremos una solución de cloruro de sodio que sea isotónica o que tenga la misma concentración de soluto que la solución en su cuerpo (que suele ser su sangre) para que pueda hidratarse sin problemas.

El solvente fluirá a través de membranas semipermeables para igualar las soluciones.

Darle a nuestra amiga una solución isotónica de cloruro de sodio es mucho mejor que darle una hipotónica , o una solución que tiene una concentración menor de soluto que una solución dada, como la sangre. Esto provocaría la entrada de agua en los tejidos del cuerpo y podría causar daño celular o hacer que las células exploten porque entra demasiada agua.

También es mejor que darle a tu amigo una solución hipertónica , una solución que tiene una mayor concentración de soluto que una solución en particular. La diferencia en la concentración del soluto allí podría hacer que el agua fluya fuera de las células, dejándolas todas marchitas. Idealmente, queremos una solución que tenga exactamente la misma concentración para que el agua pueda entrar y salir sin causar interrupciones.

Resumen de la lección

Entonces, para recapitular lo que hemos aprendido hoy, hemos aprendido que las soluciones consisten en soluto disuelto en solvente ; esa solubilidad es la cantidad de una sustancia que se puede disolver en un solvente particular a una temperatura y presión particulares.

Hemos aprendido que las soluciones pueden estar saturadas , es decir, pueden tener la máxima cantidad posible de soluto disuelto en su solvente. O pueden ser insaturados , que es donde tienen menos de la cantidad máxima posible de soluto disuelto en ellos.

También hemos aprendido que las soluciones pueden estar sobresaturadas , que es donde tienen más de la cantidad máxima que se disolvería en la saturación en condiciones normales, pero son muy inestables.

Hemos aprendido que la difusión es el movimiento pasivo de sustancias desde áreas de alta concentración a áreas de baja concentración. La ósmosis es la difusión de disolvente a través de una membrana semipermeable, como nuestras membranas celulares.

¡Y también aprendimos que no debemos volar dentro de las 24 horas posteriores a la práctica de buceo!