La difusión y la ósmosis son procesos de transporte pasivo, es decir, no requieren energía extra para ocurrir. La diferencia principal es que la difusión describe el movimiento de partículas o solutos desde una zona de mayor concentración hacia otra de menor concentración, mientras que la ósmosis es un caso particular en el que el agua, que actúa como disolvente, atraviesa una membrana semipermeable debido a una diferencia de concentración de solutos.
En la difusión pueden desplazarse distintas partículas y no siempre es necesaria una membrana; en la ósmosis solo atraviesan la membrana las partículas del disolvente. Por eso, una regla práctica para distinguirlas es la siguiente: la difusión mueve solutos o partículas, mientras que la ósmosis mueve agua.
Diferencia fundamental entre difusión y ósmosis
| Proceso | ¿Qué se mueve? | ¿Requiere membrana? | Dirección general del movimiento | Ejemplo típico |
|---|---|---|---|---|
| Difusión | Solutos o partículas | No necesariamente | De mayor a menor concentración | Perfume que se dispersa en el aire |
| Ósmosis | Agua o disolvente | Sí, una membrana semipermeable | Desde la zona con menor concentración de soluto hacia la zona con mayor concentración de soluto | Agua que entra a una célula en un medio hipotónico |
La difusión describe el movimiento neto de partículas desde mayor a menor concentración. La ósmosis es un caso particular donde el agua se mueve a través de una membrana por diferencia de solutos. Por eso, hablar de difusión y ósmosis juntos es útil: comparten el concepto de gradiente, pero no mueven lo mismo.
Ambos procesos son transporte pasivo y se producen gracias a la energía cinética o energía interna de las moléculas, sin un aporte externo de energía. El movimiento continúa hasta que se alcanza una concentración aproximadamente uniforme o, en el caso de la ósmosis, hasta que se igualan las condiciones de las soluciones a ambos lados de la membrana.
¿Qué es la difusión?
La difusión es un proceso físico que se fundamenta en el flujo de partículas de una sustancia desde una zona de alta concentración de soluto hacia una de baja concentración, hasta que la concentración es aproximadamente la misma en ambas zonas.
El movimiento de las partículas está basado en su energía cinética, es decir, no existe un aporte externo de energía para que ocurra la difusión. La tendencia del movimiento es hacia la formación de una mezcla uniforme de los dos tipos de partículas.
Este movimiento se produce en cualquiera de los estados de agregación de la materia, pero se observa con mayor facilidad en el caso de los líquidos y gases. La difusión puede producirse en el aire, en el agua, en otros líquidos e incluso entre materiales sólidos que permanecen en contacto durante un tiempo suficiente.
Si se ponen en contacto dos disoluciones de densidades desiguales, separadas por una estructura que las restringe, el soluto y el disolvente pueden pasar por un proceso de difusión en función del grado de concentración. El desplazamiento se produce desde el medio con mayor concentración hacia el medio con menor concentración, hasta que ambas disoluciones quedan niveladas.
Difusión simple y difusión facilitada
La difusión simple y la difusión facilitada son formas de transporte pasivo. La diferencia principal es que, en la difusión simple, las partículas atraviesan el medio o la bicapa lipídica sin ayuda específica, mientras que en la difusión facilitada intervienen proteínas de membrana.
Difusión simple
En la difusión simple, las moléculas pequeñas o no polares atraviesan la bicapa lipídica. El proceso depende del gradiente de concentración y de la permeabilidad de la membrana.
El oxígeno y el dióxido de carbono pueden atravesar la membrana por difusión simple en muchos contextos, al igual que algunas moléculas lipofílicas. El paso se produce a favor del gradiente, desde la zona de mayor concentración hacia la zona de menor concentración.
Difusión facilitada
La difusión facilitada requiere proteínas de membrana, como canales o transportadores. Es especialmente útil para el desplazamiento de solutos polares o cargados, como la glucosa y los iones.
La difusión facilitada no gasta energía: sigue siendo transporte pasivo y siempre ocurre a favor del gradiente. Sin embargo, puede saturarse, porque las proteínas de transporte tienen una capacidad máxima de funcionamiento.
Si el enunciado menciona un canal, un transportador o una proteína específica de membrana, se trata probablemente de difusión facilitada. En cambio, si una molécula cruza la bicapa sin ayuda, el mecanismo corresponde a la difusión simple.
Ejemplos de difusión
- El paso del oxígeno en los alvéolos pulmonares.
- Los impulsos nerviosos, que involucran iones de sodio y potasio a través de la membrana de los axones.
- La entrada de glucosa a los glóbulos rojos, provenientes del intestino.
- El entibiado y el cambio de color de una taza de café cuando se le agrega una buena proporción de leche fría.
- Si se coloca una cucharada de azúcar en un vaso de agua, las moléculas de sacarosa se difunden por el agua.
- La difusión de los gases puede verse cuando una persona perfumada entra en un lugar cerrado, y todos inmediatamente sienten el olor.
- Lo mismo sucede cuando alguien fuma en un lugar cerrado.
- En un estuario, se produce una difusión del agua del río menos densa que fluye sobre el agua de mar.
- Si se toma un par difusor formado por dos metales puestos en contacto a través de sus caras, se calientan por encima del punto de fusión y luego se enfrían, se comprobará que la composición ha cambiado: ocurrió difusión de los átomos de níquel hacia el cobre y viceversa.
El paso del oxígeno en los alvéolos pulmonares es un ejemplo especialmente importante, porque permite el intercambio de gases entre el aire y la sangre. Los impulsos nerviosos también implican desplazamientos de partículas a través de membranas, en particular de iones de sodio y potasio.
Leyes de Fick y factores que influyen en la difusión
El científico Adolf Fick estableció en 1855 algunas leyes que llevan su nombre, y describen diversos casos de la difusión de la materia en un medio en el que inicialmente no existe equilibrio.
Estas leyes relacionan la densidad del flujo de las partículas con la diferencia de concentración entre los dos medios separados, su coeficiente de difusión y la permeabilidad de la membrana, en caso de que el medio separador sea una membrana semipermeable.
Por tanto, la velocidad y la intensidad de la difusión dependen de la diferencia de concentración, de las características de las partículas, del medio en el que se desplazan y de la permeabilidad de la estructura que separa las zonas.
¿Qué es la ósmosis?
La ósmosis constituye un tipo de difusión con dos características particulares: el flujo ocurre a través de una membrana semipermeable y solo las partículas del solvente pasan a través de la membrana.
Una membrana semipermeable es una membrana porosa con un tamaño de poros a nivel molecular. Permite el paso del disolvente, pero restringe o impide el paso de determinados solutos.
En la ósmosis, el solvente tiende a atravesar la membrana en el sentido de la disolución cuya concentración de soluto es más elevada. De esta forma, aumenta la cantidad de solvente en la parte más concentrada en soluto y disminuye en la parte menos concentrada en soluto.
En otras palabras, el solvente se mueve desde la zona con menor concentración de soluto hacia la zona con mayor concentración de soluto. Este desplazamiento continúa hasta que se igualan las condiciones de la solución a ambos lados de la membrana.
La ósmosis se trata de un proceso por el cual el movimiento del agua, que es el disolvente, se produce desde una disolución con una concentración inferior, llamada hipotónica, hacia otra disolución con una concentración superior, llamada hipertónica, cuando ambas están separadas por una membrana semipermeable.
El agua puede cruzar la membrana por permeabilidad intrínseca o mediante proteínas especializadas llamadas acuaporinas. La presencia de acuaporinas aumenta la tasa de flujo, pero el proceso sigue siendo ósmosis porque se desplaza agua a favor de un gradiente osmótico.
¿La ósmosis es difusión simple o facilitada?
La pregunta «la osmosis es difusion simple o facilitada» se responde así: la ósmosis es el movimiento de agua por gradiente osmótico. El agua puede cruzar lentamente por la bicapa, en un proceso similar a la difusión simple, o rápidamente mediante acuaporinas, en un mecanismo semejante a la difusión facilitada.
Si no hay acuaporinas, el agua atraviesa la membrana por permeabilidad intrínseca. Es más lenta, con un comportamiento análogo a la difusión simple, pero el concepto sigue siendo ósmosis porque intervienen agua, una membrana y un gradiente de solutos.
Si sí hay acuaporinas, los canales de agua aumentan la tasa de flujo. El mecanismo se parece a la difusión facilitada porque interviene una proteína de membrana, pero se mantiene la idea central: el agua se mueve por un gradiente osmótico.
En biología, la ósmosis se enseña como un proceso específico y como un caso especial de difusión centrado en el agua. La presencia o ausencia de acuaporinas modifica la velocidad del flujo, pero no cambia la definición básica de ósmosis.
Soluciones isotónicas, hipotónicas e hipertónicas
Si se examinan dos disoluciones, estas pueden clasificarse dependiendo de su concentración. Son isotónicas si ambas tienen una concentración idéntica y anisotónicas si las concentraciones son desiguales.
Cuando dos disoluciones son anisotónicas, una será hipertónica y la otra será hipotónica. La disolución hipertónica tiene una mayor concentración de solutos, mientras que la disolución hipotónica tiene una menor concentración de solutos.
| Tipo de solución | Relación de concentración | Comportamiento osmótico general |
|---|---|---|
| Isotónica | Ambas soluciones tienen una concentración idéntica | No existe un desplazamiento neto de agua entre ellas |
| Hipotónica | Menor concentración de solutos | El agua tiende a salir de esta solución hacia la hipertónica |
| Hipertónica | Mayor concentración de solutos | El agua tiende a entrar desde la solución hipotónica |
Se le llama presión osmótica a la presión que le administra el agua a la membrana cuando es traspasada de un medio hipotónico a otro que es hipertónico. El desplazamiento del agua se rige por la desigualdad de presión osmótica existente entre las dos disoluciones.
La densidad de la disolución está distribuida de forma directa a la presión osmótica. Una disolución con mayor concentración de soluto tiene una presión osmótica mayor según la convención biológica habitual.
Presión osmótica
La ósmosis es un proceso de difusión selectiva impulsado por la energía interna de las moléculas del disolvente. Es conveniente expresar la energía por volumen unitario disponible en términos de la presión osmótica.
Se acostumbra a expresar esta tendencia que tiene el transporte del disolvente en unidades de presión relativas al disolvente puro. Si hubiera agua pura en ambos lados de la membrana, la diferencia de presión osmótica sería cero.
Si en un lado de la membrana hubiera sangre humana normal, la presión osmótica sería alrededor de siete atmósferas. Esto ilustra cuán potente es la presión osmótica en el transporte de membrana de los organismos vivos.
La decisión sobre qué lado de la membrana llamar presión osmótica «alta» puede resultar problemática. En algunos planteamientos se atribuye una presión osmótica alta a la solución y una presión osmótica igual a cero al agua pura.
Otra elección considera que la energía que impulsa la transferencia de fluidos es la energía térmica de las moléculas de agua y que la densidad de energía es mayor en el disolvente puro, ya que contiene más moléculas de agua. La energía térmica de las moléculas del soluto no contribuye al transporte cuando la membrana es impermeable a ellas.
La elección también está influenciada por la dirección observada del movimiento del fluido, ya que bajo esta opción el transporte de líquidos es desde una gran presión hacia una baja presión, en congruencia con el flujo normal de líquidos a través de tuberías de alta presión hacia baja presión.
La medición de la presión osmótica puede determinarse calculando cuánta presión hidrostática se necesita aplicar en la disolución para prevenir el transporte de agua desde una fuente pura, a través de la membrana semipermeable, hacia la disolución.
Se debe ejercer una presión positiva para prevenir el transporte osmótico. Sin embargo, el diálogo sobre esta cuestión continúa, porque el estudio de la ósmosis es especialmente relevante para las ciencias biológicas y de la vida, y se ha dicho que tal vez la lógica debe ceder el paso a las convenciones del campo en el que los fenómenos son más relevantes.
Importancia de la ósmosis en los seres vivos
La solubilidad del soluto en el solvente y la naturaleza de la membrana semipermeable que se utiliza son factores fundamentales que determinan la eficacia del proceso osmótico. Uno de los factores que influye en la llamada solubilidad son las interacciones entre los componentes de la disolución.
El proceso osmótico es fundamental en los procesos biológicos donde el agua es el solvente, sobre todo en aquellos procesos destinados a mantener el equilibrio hídrico y de electrolitos en los seres vivos.
La ósmosis regula los niveles de agua en la célula o en el cuerpo en general. Sin este proceso, no podría haber regulación de líquidos ni absorción de nutrientes.
Las membranas celulares pueden considerarse estructuras semipermeables. Gracias a ellas, el agua puede desplazarse entre el interior y el exterior de las células en respuesta a las diferencias de concentración de solutos.
Efectos de la ósmosis en las células
Células animales en medios hipotónicos e hipertónicos
En el momento en el que un ambiente hipotónico consigue penetrar una célula, de inmediato se introducirá agua, lo que causará que la célula estalle.
En el caso de las células animales, cuando se encuentran en un medio hipotónico revientan al instante, ya que su estructura carece de una pared tan rígida como la de las células vegetales; a este fenómeno se le llama citólisis.
Si la célula se encuentra en un medio hipertónico, pierde agua, se repliega y queda deshidratada. En las células animales, este fenómeno puede provocar la muerte y recibe el nombre de crenación.
Células vegetales en medios hipotónicos e hipertónicos
Algunas células, como las vegetales, las del reino de los moneras, los hongos y una gran cantidad de protoctistas, se han adaptado y han desarrollado una pared celular endurecida.
La pared celular es capaz de aguantar la presión osmótica e impedir que la célula estalle cuando se encuentra en un medio hipotónico. Por ello, la célula únicamente se infla cuando alcanza el estado llamado turgencia.
El estado de turgencia es responsable de la rigidez mecánica que presentan las plantas. En un medio hipotónico, la entrada de agua puede aumentar la presión interna de la célula vegetal sin producir necesariamente su ruptura.
Cuando una célula vegetal es introducida en un ambiente hipertónico, como el agua de mar, el agua se escapa instantáneamente y la membrana celular, que se encontraba adherida a la pared de la célula, se encoge.
Varios fragmentos de la membrana pueden quedar pegados a la pared, lo que provoca la rotura de la célula. Si la concentración salina dentro de la célula es más baja que en el medio extracelular, la célula sufre una pérdida de agua y finalmente se debilita hasta morir; a esto se le llama plasmólisis.
Por este motivo, las células que forman la raíz de las plantas pierden agua y la planta muere si es colocada en un ambiente con una elevada concentración de sal.
Ejemplos del proceso de ósmosis
- Los seres vivos unicelulares que viven en agua dulce ingresan grandes cantidades de agua.
- La absorción de agua por las raíces en los organismos vegetales, que permite el crecimiento.
- La obtención de agua de las células epiteliales por parte del intestino grueso.
- La hormona ADH permite la reabsorción del agua por parte del túbulo colector en los riñones.
- La eliminación de la orina muy diluida por la que los peces expulsan el máximo líquido con la mínima pérdida de sales.
- La eliminación de agua a través del sudor en las personas.
También puede observarse la ósmosis en un experimento con una papa: se parte una papa, se coloca en uno de sus extremos un poco de azúcar con agua y en el otro un plato con agua. La papa actúa como membrana y, al cabo de un tiempo, se verá que la solución que tiene azúcar ahora tiene más líquido.
Ósmosis directa y ósmosis inversa
La ósmosis directa, también llamada natural, utiliza la propia presión osmótica generada por la diferencia de concentraciones a ambos lados de la membrana. El agua se mueve sin intervención mecánica, lo que reduce el consumo energético, pero también alarga los tiempos de tratamiento y limita la eficacia frente a ciertos contaminantes.
También existe la ósmosis inversa, en la que el paso del solvente ocurre en sentido contrario al de la ósmosis convencional. El solvente se mueve desde la solución más concentrada en soluto hacia la menos concentrada en soluto.
Para lograr que esto ocurra, se aplica una presión a la disolución más concentrada en soluto. En un sistema de ósmosis inversa, se aplica presión hidráulica para invertir el proceso osmótico natural.
| Característica | Ósmosis directa | Ósmosis inversa |
|---|---|---|
| Impulso | Presión osmótica natural | Presión hidráulica artificial |
| Consumo energético | Muy bajo | Medio/alto |
| Velocidad | Lenta | Rápida |
| Eficacia en purificación | Limitada | Alta (más del 90%) |
| Uso típico | Investigación, tratamiento primario | Consumo humano, uso técnico, agua potable |
La principal diferencia entre ósmosis y ósmosis inversa radica en la dirección del flujo de agua a través de una membrana semipermeable y en la necesidad de aplicar presión.
Mientras que la ósmosis es un proceso natural en el que el agua se mueve de una solución menos concentrada a una más concentrada para equilibrar las concentraciones, la ósmosis inversa invierte ese proceso aplicando presión sobre el lado más concentrado.
Así, se fuerza al agua a atravesar la membrana en sentido contrario, separando los solutos y obteniendo agua purificada. En un sistema de ósmosis inversa, la membrana puede retener sales disueltas, cloro, metales pesados, compuestos orgánicos, microorganismos y sedimentos, además de olores, sabores y turbidez.
Los filtros para purificar el agua trabajan con ósmosis inversa, ya que están hechos con un material que permite el paso del agua, pero no de moléculas más grandes.
Diferencia entre difusión, ósmosis y diálisis
La ósmosis, la difusión y la diálisis son técnicas relacionadas con las soluciones. Estas técnicas se utilizan en los niveles industriales donde se emplean soluciones, y son similares pero diferentes entre sí.
La difusión es el proceso de movimiento de las sustancias en estado líquido o gaseoso desde concentraciones más altas a concentraciones más bajas, mientras que la presión de ósmosis implica el movimiento del disolvente contra el gradiente de concentración.
El proceso de difusión no implica necesariamente el uso de una membrana semipermeable, mientras que la ósmosis y la diálisis utilizan una membrana. La diálisis se emplea para separar moléculas según la velocidad de difusión y el tamaño de las moléculas.
| Proceso | Elemento que se desplaza | Función de la membrana | Criterio principal |
|---|---|---|---|
| Difusión | Partículas o solutos | No es indispensable | Diferencia de concentración |
| Ósmosis | Disolvente, principalmente agua | Permite el paso del disolvente y restringe ciertos solutos | Diferencia de concentración de solutos y presión osmótica |
| Diálisis | Moléculas pequeñas y determinados solutos | Separa partículas según el tamaño | Tamaño y velocidad de difusión |
¿Qué es la diálisis?
La diálisis es el proceso por el cual las moléculas coloidales sufren un procedimiento de separación dependiendo del tamaño de sus partículas, por medio de una estructura conocida comúnmente como membrana dializadora.
La membrana dializadora posibilita la entrada de agua y también de partículas de tamaño sumamente minúsculo, como las sales minerales y los iones, y evita el acceso de las partículas coloidales o de las macromoléculas.
El fenómeno conocido como diálisis se produce cuando la membrana que separa las dos disoluciones aparta el agua de los solutos de menor tamaño. Las partículas de bajo peso molecular se transfieren desde la disolución que contiene una densidad mayor hacia la disolución en la que su concentración es inferior.
El tratamiento llamado hemodiálisis se utiliza para purificar la sangre en casos de insuficiencia renal crónica mediante el empleo de un hemodializador o filtro, además de un fluido de diálisis que funciona como un riñón artificial.
Las membranas utilizadas para separar las disoluciones posibilitan el paso de las pequeñas moléculas que contiene la sangre al fluido de diálisis. De esta forma, se descartan el agua, las sales minerales y la urea, entre otras sustancias que no pueden ser purificadas de manera natural por el riñón.
Cómo identificar cada proceso en un ejercicio
Para no confundir difusión, difusión facilitada y ósmosis, conviene observar qué se mueve, si hay una membrana y si aparecen proteínas de transporte.
- Si se mueve agua, probablemente se trata de ósmosis.
- Si se mueve un soluto o una partícula, se trata de difusión.
- Si aparece un canal o un transportador, se trata de difusión facilitada.
- Si la partícula cruza la bicapa sin ayuda, se trata de difusión simple.
- Si el agua atraviesa una membrana mediante acuaporinas, sigue siendo ósmosis, aunque el mecanismo se parezca a la difusión facilitada.
Un error frecuente consiste en asumir que toda difusión requiere una membrana, cuando la difusión puede producirse en el aire, en el agua o entre materiales puestos en contacto. Otro error consiste en olvidar que las acuaporinas aceleran la ósmosis sin cambiar su definición.
También es importante no confundir osmolaridad con tonicidad en las células. La clasificación hipotónica, hipertónica o isotónica se utiliza para describir la relación de concentración entre soluciones y permite anticipar la dirección del movimiento del agua.
TransportePasivo
Comparación final de los mecanismos
La difusión mueve partículas desde una región de mayor concentración hacia otra de menor concentración y busca formar una mezcla uniforme. Puede producirse sin membrana, mediante difusión simple o con ayuda de proteínas, mediante difusión facilitada.
La ósmosis mueve agua a través de una membrana semipermeable desde una solución hipotónica hacia una solución hipertónica. Su objetivo es reducir la diferencia de concentración de solutos entre ambos lados de la membrana.
La difusión facilitada y la ósmosis pueden utilizar proteínas de membrana, pero no son el mismo proceso: en la difusión facilitada se desplazan solutos polares o cargados, mientras que en la ósmosis se desplaza el agua.
La diálisis también emplea una membrana, pero su finalidad es separar moléculas según su tamaño y velocidad de difusión. La ósmosis, en cambio, se centra en el transporte del disolvente y en la presión osmótica generada por la diferencia de concentración de solutos.
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