Físico-Química ⇒ (ENEM 2017) Pressão osmótica Tópico resolvido

[Argean]

Bom dia, Fórum.
Esta questão levantou dúvida quanto ao conceito de pressão osmótica.

Alguns tipos de dessalinizadores usam o processo de osmose reversa para obtenção de água potável a partir da água salgada. Nesse método, utiliza-se um recipiente contendo dois compartimentos separados por uma membrana semipermeável: em um deles coloca-se água salgada e no outro recolhe-se a água potável. A aplicação de pressão mecânica no sistema faz a água fluir de um compartimento para o outro. O movimento das moléculas de água através da membrana é controlado pela pressão osmótica e pela pressão mecânica aplicada.
Para que ocorra esse processo é necessário que as resultantes das pressões osmótica e mecânica apresentem
a) mesmo sentido e mesma intensidade.
b) sentidos opostos e mesma intensidade.
c) sentidos opostos e maior intensidade da pressão osmótica.
d) mesmo sentido e maior intensidade da pressão osmótica.
e) sentidos opostos e maior intensidade da pressão mecânica.

Resposta

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Gabarito E.

Me pareceu um pouco contrassenso a afirmação de que as forças teriam sentidos opostos (embora intuitivamente parece ser assim). Se a definição de pressão osmótica é a pressão exercida pela parte HIPERTONICA para impedir que o solvente da parte HIPOTONICA entre, então, as pressões osmótica e mecânica deveriam ter mesma direção, já que atuam sobre a membrana pelo lado hipertônico.

Pela definição de pressão osmótica de Feltre: "pressão osmótica é a pressão que exercemos sobre a SOLUÇÃO para impedir sua diluição pela passagem de solvente puro".

E no livro Princípios de Bioquímica, de Lehninger, pág 56, temos: "...a difusão das moléculas de água da região de MAIOR CONCENTRAÇÃO para a região de MENOR CONCENTRAÇÃO de água produz PRESSÃO OSMÓTICA". Ou seja, a pressão osmótica é exercida dentro da SOLUÇÃO contra a entrada de solvente vinda da região hipotônica.

Assim, no exercício citado, na passagem do solvente para o lado hipotônico, provocado pela pressão mecânica, deveria ocorrer a soma das pressões. No exercício, ficou parecendo que a pressão osmótica está vindo da parte hipotônica, "forçando sua entrada", o que seria chamado de pressão osmótica, embora contrarie o conceito desse fenômeno.

Minha análise para justificar o gabarito seria a de que a pressão osmótica mudou de direção quando uma força mecânica do lado da solução tenta inverter o sentido do fluxo do solvente (direção não natural e que ocorre pela pressão mecânica). Nesse caso, a pressão osmótica seria sempre a pressão que tenta barrar a entrada de solvente, independente de o meio ser hipertônico ou hipotônico. Ou seja, pressão osmótica e osmose são fenômenos opostos. E a razão para os autores conceituarem a pressão osmótica como o fizeram se justificaria apenas para situações onde não há pressão mecânica interferindo.

Isso parece ser corroborado por Lehninger, num exemplo de rodapé na mesma página, onde afirma que "pressão osmótica é a pressão que resiste à osmose".
E, ainda, Brown, em "Quimica, ciencia central", pág 582, ... " a pressão que interrompe a osmose, é a pressão osmótica,[tex3]\pi [/tex3], da solução".


Faz sentido?

[lmtosta]

Argean,


Primeiramente, é importante salientar que caberia recurso contra o gabarito desta questão: pressão é uma grandeza ESCALAR. Força é uma grandeza VETORIAL. Não faz sentido falar em direção e sentido das pressões, pois não se tratam de vetores!!!!!!!!!

Em segundo lugar, note que o conceito de pressão osmótica dos livros ("direção" e "sentido" contrários à entrada de solvente) é EQUIVALENTE à ideia de uma pressão com "direção" e "sentido" favoráveis à entrada de solvente!!!!!!!!!

Explico:

Quando dissolvemos sal em água, as ligações iônicas do sal e as interações intermoleculares da água, para as espécies envolvidas, "desfazem-se" e dão lugar a novas interações do tipo íon-dipolo, com os íons do sal atraindo mais fortemente para si as moléculas de água do seu entorno, com vias a estabilizar a solução. Com interações íon-dipolo (sal e água) mais fortes inclusive do que as interações de hidrogênio entre moléculas de água, mais próximas as espécies iônicas ficarão de suas águas de hidratação e, consequentemente, mais próximas ficarão as moléculas de água para além da solvatação, no seio e na superfície da solução!!!!!!!!!!

Com moléculas de água mais próximas entre si, em média, mais intensas suas interações e suas "pontes" de hidrogênio, o que explicaria, por exemplo, soluções salinas terem ponto de ebulição maior, pois suas moléculas interagem mais fortemente entre si, e mais energia é necessária para romper tais interações!!!!!!!!

Porém, note também que este efeito de maior proximidade e atração entre moléculas de água na solução, faz com que este efeito de aproximação se estenda também para o solvente puro ou solução mais diluída, quando em contato as soluções por uma membrana semipermeável, já que se conseguem maiores estabilidades com as moléculas mais próximas entre si e interagindo mais intensamente!!!!!!!!!!

Assim, quando se coloca, por exemplo, uma solução salina em contato com o solvente puro, separando-os por uma membrana semipermeável, a tendência natural é que, para a solução salina, as moléculas de água interajam mais com os íons salinos e com outras moléculas de água e, uma vez em contato com o solvente puro ou solução mais diluída através da membrana, estendam suas influências para estas últimas, induzindo a uma atração mais forte entre moléculas de água da solução mais concentrada e outras moléculas de água, DE MODO A ATRAÍ-LAS (as moléculas de água do solvente ou solução diluída) para mais próximo das moléculas de água da solução concentrada, criando o fluxo de água que se deslocará pela membrana, promovendo o fenômeno da osmose!!!!!!!!!

Note que o fluxo de água do hipotônico para o hipertônico se dá com deslocamento efetivo de moléculas de água, de modo que a atração das moléculas de água do hipertônico sobre as moléculas de água do hipotônico gera uma força de deslocamento, a favor deste deslocamento, em favor da osmose e da diluição da solução hipertônica. Esta força de atração entre moléculas de água das duas soluções distintas gera, inicialmente, uma pressão sobre a membrana como um todo (em toda a membrana, não importando direção ou sentido). Se pudéssemos "congelar a imagem" do sistema antes da água fluir para o hipertônico, teríamos que esta pressão em questão é justamente a pressão osmótica, nesta "imagem", a favor do fluxo de água!!!!!!!!! Veja, então, que a pressão osmótica é a pressão que surge por conta da possibilidade de osmose do solvente pela membrana, a favor do fluxo de água!!!!!!!!!!

De início, quando a água tem passagem livre para a solução hipertônica, pela membrana, a pressão nesta última diminui temporariamente até a voltar aumentar por conta do acúmulo de líquido na diluição da solução hipertônica até alcançar a pressão osmótica novamente, quando a entrada de mais água no compartimento não mais ocorre. Tem-se agora um exemplo de pressão osmótica com "direção" e "sentido" contra o fluxo de água!!!!!!!!!!

Porém, podemos impedir o fluxo inicial de água, bloqueando a passagem do solvente pela membrana. Neste caso, a pressão osmótica inicial se mantém, uma vez que a água exerce a força contra a membrana, mas o objeto bloqueador da membrana (êmbolo, ou outra coisa) reage a esta força inicial (3ª Lei de Newton) e aplica uma outra força, igual e contrária, sobre a água, bloqueando sua passagem, mas ainda assim com cada corpo exercendo uma pressão equivalente à pressão osmótica sobre si!!!!!!!!!! Novamente, um caso de pressão com "direção" e "sentido" contra o fluxo de água!!!!!!!!! Esta é a definição dos livros!!!!!!!!!!

Como pressão é uma grandeza ESCALAR, e não envolve noção de direção e sentido, apesar de envolver módulo, as colocações citadas acima são todas equivalentes!!!!!!!!!!!

Note que, quando falamos de pressão, qualquer que seja ela, não falamos coisas como "de cima para baixo", "de baixo para cima", "dos lados", etc. Quando muito, "interna" e "externa"!!!!!!!!!!

Penso que a "vetorização" do conceito de pressão por parte deste exercício, contribua também para possíveis dúvidas!!!!!!!!!

Quanto ao exercício:
1) Se água tivesse fluído da solução potável para a salgada e o equilíbrio tivesse sido estabelecido, teríamos pressão osmótica impedindo a entrada de mais água na solução salgada. Daí, pressão osmótica + pressão mecânica devolveria toda a água possível para a solução potável;

2) (Que parece o caso do exercício) Ainda não temos o equilíbrio osmótico, de modo que existe uma força tentando "puxar" a água do potável para a salgada, com uma força a favor do fluxo de água, gerando inicialmente uma pressão osmótica sobre a membrana, que seria atenuada se não fosse pela pressão mecânica no compartimento salgado que, inicialmente, manterá a pressão osmótica impedindo a água de entrar na solução salgada, mas que perderá efeito com a pressão mecânica empurrando a água de volta para a solução potável, promovendo assim a osmose reversa!!!!!!!!!!

Trocando em miúdos, podemos dizer que:
1) Pressão osmótica é a pressão sobre a membrana, quando provocada por diferenças na intensidade das interações intermoleculares dos solventes entre os lados opostos da referida membrana. Sua força tende a ser a favor do fluxo do solvente;

2) Pressão osmótica é a pressão sobre a membrana, exercida mecanicamente contra o fluxo do solvente (definição dos livros em geral). Como "F (favor) = F (contra)", em termos de seus módulos, a pressão resultante, osmótica, INDEPENDE de direção e sentido de aplicação. Depende apenas de seu módulo!!!!!!!!!! Assim, tanto faz, para fins de exercício, considerar a pressão como sendo "a favor" ou "contra" o fluxo de movimento, pois o resultado depende apenas do módulo do valor de pressão!!!!!!!!!!

Acho que isto deve bastar!!!!!!!!!

Mas siga perguntando, se necessário!!!!!!!!!!


Bons estudos!!!!!!!!

[Argean]

lmtosta, obrigado mais uma vez. Tenho percebido que algumas questões do ENEM deixam margem para interpretações duvidosas, como foi o caso da diluição de sais na questão do Mar Morto (viewtopic.php?t=110198), que o Jigsaw respondeu de maneira bem clara há uns dias atrás. Se formos ser criteriosos, acabamos encontrando conflitos de interpretação.

Boa semana!!

[lmtosta]

Argean,


Verdade!!!!!!!!!!


Penso que o ideal seria se a questão fosse dúbia/ambígua, ou de interpretação duvidosa, se a análise superficial permitisse essa verificação, de modo que o tira-teima e a desambiguação viessem justamente com a análise criteriosa, acabando com conflitos de interpretação!!!!!!!!!!

Esse é apenas um dos problemas de nosso falido sistema educacional, infelizmente!!!!!!!!!

Pra ti também, ótima semana!!!!!!!!!