Ósmosis y pH: Fundamentos Químicos y su Importancia Biológica

Ósmosis: Un Proceso Vital en la Biología Celular

La ósmosis es el proceso físico mediante el cual se iguala la concentración de dos disoluciones que tienen diferente concentración si están separadas por una membrana semipermeable. Esta membrana solo permite el paso de moléculas de disolvente (agua) y no de soluto. A través de este proceso, el agua se mueve desde la disolución más diluida hacia la más concentrada, hasta que ambas disoluciones alcanzan la misma concentración.

La cantidad de agua que se desplaza depende exclusivamente de la concentración de las disoluciones y no de la naturaleza del soluto. Por lo tanto, tanto las sales como las sustancias orgánicas contribuyen de igual manera a los fenómenos osmóticos.

En términos de concentración, la disolución con mayor concentración se denomina hipertónica o hiperosmótica, mientras que la más diluida se conoce como hipotónica o hipoosmótica. Si ambas disoluciones tienen la misma concentración, se denominan isotónicas o isoosmóticas.

La presión osmótica (π) se define como la presión necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable, flujo causado por la ósmosis.

Dado que las membranas celulares actúan como membranas semipermeables, es crucial que las células mantengan un equilibrio osmótico con los líquidos extracelulares que las rodean.

Efectos de la Ósmosis en las Células

• Medio Hipertónico: Si una célula se encuentra en un medio hipertónico en relación con su interior, perderá agua. En las células animales, esto provoca una disminución del volumen celular, arrugamiento y deshidratación, lo que puede llevar a la muerte celular. En las células vegetales, la membrana se separa de la pared celular, un fenómeno conocido como plasmólisis, que puede resultar en la ruptura de la célula.
• Medio Hipotónico: Si una célula se encuentra en un medio hipotónico en relación con su interior, el agua entrará en la célula. Esto causa hinchazón, aumento del volumen y de la presión interna, un fenómeno llamado turgencia. En las células animales, la falta de pared celular puede llevar a que estallen, un proceso conocido como hemólisis. Las células vegetales y las bacterias, gracias a su pared celular, pueden resistir esta presión y no estallan.
• Medio Isotónico: En un medio isotónico, el agua entra y sale de la célula en cantidades iguales, manteniendo el equilibrio.

Ionización del Agua y la Escala de pH

El agua pura se comporta como un electrolito débil y se disocia parcialmente en iones H⁺ y OH^-, según la siguiente ecuación:

H₂O ⇌ H⁺ + OH^-

La disociación del agua es muy débil, lo que significa que la mayor parte del agua permanece como H₂O sin disociar, y solo una pequeña fracción se encuentra en forma iónica.

El producto de las concentraciones de los iones H⁺ y OH^- es constante y se conoce como el producto iónico del agua. A 25°C, este valor es:

[H⁺] · [OH^-] = 10^-14

En agua pura, por cada ion H⁺ que se forma, se forma un ion OH^-, lo que resulta en concentraciones iguales de ambos iones:

[H⁺] = [OH^-] = 10^-7

Si la concentración de uno de los iones aumenta, la del otro disminuye para mantener constante el producto iónico.

Las sustancias que, al disolverse en agua, aumentan la concentración de iones hidronio (H⁺) se denominan ácidos. Por el contrario, las sustancias que disminuyen la concentración de iones hidronio se denominan bases.

La acidez de una disolución está determinada por la [H⁺]. Sørensen ideó la escala de pH para expresar la concentración de iones hidronio en una disolución y, por lo tanto, su acidez.

El pH se define como: pH = -log[H⁺]. La escala de pH oscila entre 0 y 14.

Interpretación de la Escala de pH

• pH Neutro: Si el pH de una disolución es 7, como en el agua pura, la disolución es neutra. En este caso, [H⁺] = [OH^-].
• pH Ácido: Si el pH es menor que 7, la disolución es ácida. En este caso, [H⁺] > [OH^-].
• pH Básico: Si el pH es mayor que 7, la disolución es básica. En este caso, [H⁺] < [OH^-].

La escala de pH es logarítmica, lo que significa que un cambio de una unidad en el pH representa un cambio de un factor de 10 en la concentración de iones hidronio (H⁺).